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哈尔滨工业大学常云飞获国家专利权

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龙图腾网获悉哈尔滨工业大学申请的专利具有低织构温度和高电学性能的弛豫铅基织构陶瓷材料及其制备方法和应用获国家发明授权专利权,本发明授权专利权由国家知识产权局授予,授权公告号为:CN118026680B

龙图腾网通过国家知识产权局官网在2026-05-05发布的发明授权授权公告中获悉:该发明授权的专利申请号/专利号为:202410169713.4,技术领域涉及:C04B35/499;该发明授权具有低织构温度和高电学性能的弛豫铅基织构陶瓷材料及其制备方法和应用是由常云飞;刘琳婧;谢航;寇蔷薇;吕蕊设计研发完成,并于2024-02-06向国家知识产权局提交的专利申请。

具有低织构温度和高电学性能的弛豫铅基织构陶瓷材料及其制备方法和应用在说明书摘要公布了:具有低织构温度和高电学性能的弛豫铅基织构陶瓷材料及其制备方法和应用,涉及弛豫铅基织构陶瓷材料及其制备方法和应用。解决低Zr含量陶瓷织构温度高,取向晶粒呈现核壳结构,高Zr含量陶瓷难以高质量织构化,导致陶瓷高压电性能和低织构温度无法兼获。化学式1‑x‑yPbA,NbO3‑xPbZrO3‑yPbTiO3,850℃~1095℃制备,织构Zr含量可达50%以上,沿[001]c取向度96%,晶粒错置度1000pCN,机电耦合系数0.85。方法:母体细粉制备,流延叠层加压制备陶瓷生坯,织构陶瓷制备。用于多层压电器件中。

本发明授权具有低织构温度和高电学性能的弛豫铅基织构陶瓷材料及其制备方法和应用在权利要求书中公布了:1.具有低织构温度和高电学性能的弛豫铅基织构陶瓷材料,其特征在于它的化学通式为1-x-yPbA,NbO3-xPbZrO3-yPbTiO3,其中A为Mg、Zn、Sc和In中的一种或其中几种的组合,0.15≤x≤0.55,0.15≤y≤0.55,且0.10≤1-x-y≤0.50; 所述的具有低织构温度和高电学性能的弛豫铅基织构陶瓷材料是利用母体细粉或反应母体细粉、模板及生长助剂,通过液相辅助织构技术和钝化模板织构技术相结合制备得到;所述的模板为片状BaZrmTi1-mO3微晶,0≤m≤0.1,所述模板的体积为母体细粉或反应母体细粉体积的a%,3.0≤a≤5.0;当0.15≤x≤0.35时,所述的生长助剂为Li2CO3和PbO的混合物,所述生长助剂的质量为母体细粉质量的b%,0.1≤b≤1.2;当0.35x≤0.55时,所述的生长助剂为Li2CO3和CuO的混合物,所述生长助剂的质量为反应母体细粉质量的b%,0.1≤b≤0.48; 所述的具有低织构温度和高电学性能的弛豫铅基织构陶瓷材料在低烧结温度为850℃~1095℃的条件下制备,织构的Zr含量可高达50%以上,沿[001]c取向度≥98%,利用March-Dollase法测得晶粒错置度r低于0.20,晶粒中各元素分布均一,无核壳结构,居里温度Tc≥200℃,准静态压电系数d33高于1000pCN,机电耦合系数k33高于0.85; 上述具有低织构温度和高电学性能的弛豫铅基织构陶瓷材料的制备方法,它是按以下步骤完成的: 一、母体细粉制备: ①采用固相法合成含A铌酸盐前驱粉体;所述的含A铌酸盐前驱粉体为MgNb2O6、ZnNb2O6、ScNbO4和InNbO4中的一种或其中几种,所述的含A铌酸盐前驱粉体为纯相且细晶,粒径小于200nm; ②按照x的取值不同分别制备母体细粉或反应母体细粉: 当0.15≤x≤0.35时,按照化学通式1-x-yPbA,NbO3-xPbZrO3-yPbTiO3的化学计量比称取Pb源粉体、含A铌酸盐前驱粉体、ZrO2粉体及TiO2粉体,以无水乙醇为介质进行球磨并烘干,然后在温度为600℃~900℃的条件下,预烧1h~6h,最后二次球磨并烘干,得到1-x-yPbA,NbO3-xPbZrO3-yPbTiO3母体细粉;所述的1-x-yPbA,NbO3-xPbZrO3-yPbTiO3母体细粉为纯钙钛矿相且细晶,粒径小于300nm,其中0.15≤y≤0.55,且0.10≤1-x-y≤0.50;所述的Pb源粉体为PbO、Pb3O4或碱式碳酸铅; 当0.35x≤0.55时,按照化学通式1-x-yPbA,NbO3-0.35PbZrO3-yPbTiO3的化学计量比称取Pb源粉体、含A铌酸盐前驱粉体、ZrO2粉体及TiO2粉体,以无水乙醇为介质进行球磨并烘干,然后在温度为600℃~900℃的条件下,预烧1h~6h,最后二次球磨并烘干,得到1-x-yPbA,NbO3-0.35PbZrO3-yPbTiO3反应母体细粉;所述的1-x-yPbA,NbO3-0.35PbZrO3-yPbTiO3反应母体细粉为纯钙钛矿相且细晶,粒径小于300nm,其中0.15≤y≤0.55,且0.10≤1-x-y≤0.50;按照PbZrO3的化学计量比称取Pb源粉体和ZrO2粉体,以无水乙醇为介质进行球磨并烘干,然后在温度为600℃~900℃的条件下,预烧1h~6h,最后二次球磨并烘干,得到PbZrO3反应母体细粉,所述的PbZrO3反应母体细粉为纯相且细晶,粒径小于200nm;所述的Pb源粉体为PbO、Pb3O4或碱式碳酸铅; 二、流延叠层加压制备陶瓷生坯: ①按照x的取值不同制备流延浆料: 当0.15≤x≤0.35时,将1-x-yPbA,NbO3-xPbZrO3-yPbTiO3母体细粉、片状BaZrmTi1-mO3微晶、生长助剂、溶剂、分散剂、粘合剂及塑化剂混合,然后真空抽泡,得到含模板籽晶的1-x-yPbA,NbO3-xPbZrO3-yPbTiO3流延浆料;所述片状BaZrmTi1-mO3微晶的体积为1-x-yPbA,NbO3-xPbZrO3-yPbTiO3母体细粉体积的a%,其中3.0≤a≤5.0;所述的生长助剂为Li2CO3和PbO的混合物,所述生长助剂的质量为1-x-yPbA,NbO3-xPbZrO3-yPbTiO3母体细粉质量的b%,0.1≤b≤1.2; 当0.35x≤0.55时,将1-x-yPbA,NbO3-0.35PbZrO3-yPbTiO3反应母体细粉、片状BaZrmTi1-mO3微晶、生长助剂、溶剂、分散剂、粘合剂及塑化剂混合,然后真空抽泡,得到含模板籽晶的1-x-yPbA,NbO3-0.35PbZrO3-yPbTiO3的反应流延浆料;将PbZrO3反应母体细粉、溶剂、分散剂、粘合剂及塑化剂混合,然后真空抽泡,得到不含模板籽晶的PbZrO3反应流延浆料;所述的片状BaZrmTi1-mO3微晶的体积为1-x-yPbA,NbO3-0.35PbZrO3-yPbTiO3反应母体细粉和PbZrO3反应母体细粉总体积的a%,其中3.0≤a≤5.0;所述的生长助剂为Li2CO3和CuO的混合物,所述生长助剂的质量为1-x-yPbA,NbO3-0.35PbZrO3-yPbTiO3反应母体细粉和PbZrO3反应母体细粉总质量的b%,0.1≤b≤0.48; ②流延: 在速度为1.5cms~2cms的条件下,在流延机上对含模板籽晶的1-x-yPbA,NbO3-xPbZrO3-yPbTiO3流延浆料流延,然后干燥并切割,得到含模板籽晶的1-x-yPbA,NbO3-xPbZrO3-yPbTiO3膜片; 或在速度为1.5cms~2cms的条件下,在流延机上分别对含模板籽晶的1-x-yPbA,NbO3-0.35PbZrO3-yPbTiO3的反应流延浆料及不含模板籽晶的PbZrO3反应流延浆料流延,然后干燥并切割,得到含模板籽晶的1-x-yPbA,NbO3-0.35PbZrO3-yPbTiO3反应膜片和不含模板籽晶的PbZrO3反应膜片; ③按照x的取值不同叠层: 当0.15≤x≤0.35时,将含模板籽晶的1-x-yPbA,NbO3-xPbZrO3-yPbTiO3膜片叠层,得到堆叠后的样品; 当0.35x≤0.55时,按照化学通式1-x-yPbA,NbO3-xPbZrO3-yPbTiO3的化学计量比,将含模板籽晶的1-x-yPbA,NbO3-0.35PbZrO3-yPbTiO3反应膜片和不含模板籽晶的PbZrO3反应膜片交错叠层,得到堆叠后的样品; ④加压: 将堆叠后的样品进行热压10min和热水匀压30min,得到陶瓷生坯; 三、织构陶瓷的制备: ①排胶和冷等静压: 在温度为500℃~700℃的条件下,将陶瓷生坯排胶1h~6h,然后在压力为150MPa~250MPa的条件下,冷等静压1min~10min,得到陶瓷素坯; ②烧结: 在低烧结温度为850℃~1095℃的条件下,将陶瓷素坯烧结5min~600min,得到织构陶瓷; ③极化: 将织构陶瓷垂直于织构方向的两个表面打磨、清洗并烘干,然后进行电极化及极化,得到具有低织构温度和高电学性能的弛豫铅基织构陶瓷材料; 所述的电极化具体是将银浆涂敷在打磨表面上,在温度为450℃~650℃的条件下,烧渗电极30min~90min;所述的极化具体是在30kVcm的直流电场下进行。

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