专利名称：燃气点火压电陶瓷及其制作工艺的制作方法具有压电性能的锆钛酸铅陶瓷(PZT)是目前电子陶瓷应用广泛的一种材料系列， 主要用在点火器上将机械力转换为电火花来点燃可燃性气体；其原理是利用压电陶瓷的正 压电效应，当压电体沿极化方向受到挤压或冲击力时，瓷棒受到压缩产生形变，致使瓷柱两 端表面出现符号相反的束缚电荷，产生的电荷经过导线流动在电极间隙发生放电火花，从 而点燃可燃性气体，火花能量越大，点燃率越高。在锆钛酸铅陶瓷材料中，烧结温度一般在 1150 1300°C之间，有些甚至更高，烧结过程中氧化铅(PbO)挥发严重污染环境，又造成组 份的偏差，影响压电性能；另外，为了获得所需的单块压电结构，必须将昂贵的钼电极材料 与这些压电陶瓷材料结合使用；另一方面，如果使用廉价的Ag或Pd电极材料，必须在压电 陶瓷材料中加入某些烧结助剂，如PbO或SiO2，从而降低其烧结温度。为了减轻环境污染， 节约能源和节约压电应用器件的材料成本，多年来人们一直对压电陶瓷低温烧结技术进行 研究。现有技术有人提出的低温烧结陶瓷材料，是在烧结过程中产生玻璃相，通过溶 解_解析传质过程，来进行液相烧结，可使烧结温度降至960°C 1000°C，但这些添加剂都 是以低温玻璃形式存在，粘结各个晶粒，达到瓷体密实化的目的，在烧结后期存在于晶界处 形成比较厚的晶界层。然而由于这些玻璃相的存在，使陶瓷材料的介电性能和压电性能参 数，降低了许多。1989年11月22日中国发明专利公开号CN1037426A，公开了清华大学桂治轮等人 所提出的“低温烧结的含铅系压电陶瓷及其制造工艺”是在合钙钛矿结构的基料组成的压 电陶瓷中添加Pb4+，Mn4+，Cd2+，Si4+，Ni2+等到压电陶瓷基料中，使烧成温度降低至860°C 900°C下烧成，但该专利采用氧化镉(CdO)、醋酸镍等添加物容易与氧化镉(CdO)形成镍酸 铅和镉酸铅，减弱了 Gd和M在基料中置换，改性与活比晶格的作用。压电常数d33仍满足 不了打火机，压电点火器应用的要求。
本发明所要解决的技术问题是针对上述之不足，设计一种能降低烧结温度，减少 氧化铅挥发污染环境；提高材料的介电、压电系数，并在烧结过程中降低能源消耗的燃气点 火压电陶瓷及其制作工艺。为了解决上述问题，本发明提供一种燃气点火压电陶瓷，含有主要成份原料氧化 铅(PbO)、二氧化锆(ZrO2)、二氧化钛(TiO2)、氧化钡(BaO)和微量添加原料；所述的微量添 加原料是氧化铈(CeO2)、三氧化二锑(Sb2O3)和二氧化锰(MnO2)；其组成通式是xPb0+y&023+zTi02+mBa0+uCe02+vSb203+wMn02 ；这里 x，y，z，m，u，v，w 为重量比，其中0· 60 彡 χ 彡 0· 69 ； 0. 16 ^ y ^ 0. 25 ；0. 08 彡 ζ 彡 0. 15 ;0· 01 彡 m 彡 0. 025 ；0. 005 彡 u 彡 0. 015 ； 0. 01 ^ ν ^ 0. 02 ；0. 002 ^ w ^ 0. 01。本发明燃气点火压电陶瓷的制作工艺是a、将氧化铅、二氧化锆、二氧化钛、氧化钡、氧化铈、三氧化二锑、二氧化锰，按上述 通式配比称量各种原料放入球磨机中；b、向球磨机中加入步骤a所称量的各种原料重量总和数量的2倍重量的水，开动 球磨机，混勻搅拌磨浆，正常搅拌磨浆16 24小时；C、将球磨好的浆料压滤成块，直接放入烧结炉中，在850°C 950°C下保温煅烧 1.5 2. 5小时，合成煅烧料；d、把合成好的煅烧料粉碎成粉料，再加入粉料重量6%的PVA水溶液造粒；e、将造粒干压成型为圆柱形生坯，控制成型压力为200 300Mpa ；将生坯装入烧 结钵中，用步骤d粉碎过程所产生的粉碎尾料粉埋盖生坯表面；f、将装好生坯的烧结钵，在900°C 1000°C的烧结炉中密封保温烧结2 3小时， 成圆柱形烧结陶瓷；g、将烧结陶瓷放入球磨罐中抛光，得到尺寸一致、表面光滑的圆柱形陶瓷；在圆 柱形陶瓷两端的表面镀上一层0. 02士0. 001 μ m的纯银，放入刚玉匣钵中，再次在600°C 750°C的烧结炉中保温烧结30分钟，得圆柱形镀银陶瓷；h、在圆柱形镀银陶瓷其中的一端镀银面上做电极标识，按标识一致的方向将100 个以上的圆柱形镀银陶瓷并联排列在极化槽夹上，极化槽夹放入120°C 140°C的硅油中， 并对上述的圆柱形镀银陶瓷加3Kv/mm 8Kv/mm的高压电场，极化30分钟；即得燃气点火 压电陶瓷。与现有技术相比，本发明所提供瓷料的烧成温度与中国专利CN1037426A相近，巳 但以锆钛酸铅陶瓷为代表的含铅瓷压电性能比CN1037426A以铌镁-铌镍一锆钛酸铅系列 (PMN-PNN-PZT)为代表的含铅瓷工艺更优化，生产成本更低。具体表现在①本发明通过合理选择基料组成和添加物，在锆钛酸铅陶瓷的基料组成中，用钡、 锑、锰元素等价置换和异价取代，以及复合添加等方法，实现价态和缺位补偿，活化晶格，并 通过添加物和取代元素的合理搭配形成低共熔。通过副族元素置换促进烧结，总的原则是 低共熔物作为起始相和过渡相起助烧作用，作为最终相进入晶格起改性作用。这种先助 熔后改性的技术路线即过渡液相烧结的方法得到了低烧，高密度、优质的压电陶瓷，从而实 现了既大幅度降低烧结温度又提高压电性能的总目的；此外采用一些高活性的氧化铈原 料促进固相反应，降低烧成温度；本发明烧结温度由原来1150 1300°C，降低到900°C 1000°C，减少了有毒物氧化铅(PbO)的挥发，减轻了对环境的污染，粉碎尾料粉埋盖生坯烧 成工艺的采用，简化了工艺，降低了成本；②现有技术的配方的PZT烟火陶瓷压电应变常数d33值为400，瞬间产生放电电压 8000伏特，点火次数为30000次就几乎不能再用，不符合出口高可靠性点火陶瓷的要求，本 发明采用过渡液相烧结的方法得到了低烧，高密度、优质的压电点火陶瓷其压电应变常数 d33值高达580，瞬间产生放电电压高达16000伏特，稳定点火次高达100000次；③本发明用两个直径2 3毫米、高4 5毫米的压电陶瓷柱取代普通的火石，可以制成一种可连续打火10万次的气体电子打火机。用压电陶瓷把电能转换成超声振动，可 以用来探寻水下鱼群的位置和形状，对金属进行无损探伤，以及超声清洗、超声医疗，还可 以做成各种超声切割器、焊接装置及烙铁，对塑料甚至金属进行加工。本发明还可用于压电 点火器、自动燃气灶、炮弹引爆装置以及电子、光、热、声学等领域。本发明涉及燃气点火压电陶瓷及其制作工艺；主要应用于打火机，压电点火器、自动燃气灶、压电点火器、炮弹引爆装置。它含有主要成份原料氧化铅(PbO)、二氧化锆(ZrO2)、二氧化钛(TiO2)、氧化钡(BaO)和微量添加原料氧化铈(CeO2)、三氧化二锑(Sb2O3)和二氧化锰(MnO2)；制作工艺是称量各种原料-球磨-压滤成块-煅烧-煅烧料粉-造粒-干压成型-生坯装钵-烧结-抛光-镀银-烧银-极化-燃气点火压电陶瓷。本发明能降低烧结温度，减少氧化铅挥发污染环境；提高材料的介电、压电系数，并在烧结过程中降低能源消耗。