[其他]超聲大功率壓電陶瓷材料

在審

• 申請號: 101985000000702
• 申請日: 1985-04-01
• 公開（公告）號: CN85100702B
• 公開（公告）日: 1986-12-03
• 發明（設計）人: 劉永懷
• 申請（專利權）人: 中國科學院聲學研究所
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

一種由５％的Ｓｒ置換Ｐｂ，鋯鈦比為５２比４８的鋯鈦酸鉛及１．５克分子％的ＣａＦｅＯ_５．２組成的陶瓷材料，由于增加了Ａ克分子％的Ｌｉ_２Ｏ及Ｂ克分子％的ＭｇＯ而獲得大功率性能優異的陶瓷材料。在對原材料進行預處理，降低燒結溫度，延長保溫時間而得到不僅性能優異，而且具有易燒結，瓷質致密，成品率高等特點在實際使用中已獲得滿意的效果。

本發明屬于壓電陶瓷材料

壓電陶瓷材料的制造都是采用一般的陶瓷工藝，由于組成材料的成份在比例上的差異而顯示出性能上的差異。就通常的性能而言，有的屬于軟性的接收型材料，有的屬于硬性的發射型材料，或兩種特性兼有的收發兩用型材料。就發射材料而言，要求具有高的機電耦合系數，較高的介電常數，高的機械品質因數，高的矯頑場，低的介質損耗，特別是低的強場介質損耗，大的功率密度等。在我國目前較好的發射型材料是以Fe，Ca改性的PZT壓電陶瓷材料。（中國科學院硅酸鹽研究所壓電組《低強場損耗鋯鈦酸鉛壓電陶瓷材料的研究》新型無機材料，4，1972。中國科學院聲學所四室材料組《強電場下低介電損耗鋯鈦酸鉛壓電陶瓷材料》聲學所內部資料，1973）。該材料雖有較高的機電耦合系數，較低的介質損耗，較高的機械品質因數，但它存在著矯頑場較低、強場損耗較大，功率密度較小之不足，故不能承受較大的功率。往往在大功率作用下，由于發熱使元件損壞，不能正常工作1971年美國Vernitron公司的PZT-8材料CD，Berlincourt Ultrasonic Transducer Materials）雖是較好的大功率材料，但亦有強場損耗較大，機械品質因數較低之不足。1980年日本西田正光等人在電子通信學會技術研究報告（US80-31）“大功率用壓電陶瓷”中所用配方為鈮鋅酸鉛-鈮錫酸鉛-鋯酸鉛-鈦酸鉛四成份系壓電陶瓷，在添加二氧化錳和三氧化銻后所得到的，雖有較高的機電耦合系數，高的機械Q值等優點，但介電損耗又較高，矯頑場又較低。

本發明的目的在于改善發射型材料的大功率特性，通過對材料配方的研究，得到較為理想的材料配方，使大功率特性，特別是強場介質損耗，矯頑場，功率密度等方面有較大的提高，滿足在大功率作用下對材料性能的要求。

目前我國通常使用的較好的發射材料是以5克分子%的Sr置換Pb，鋯鈦比為52比48的鋯鈦酸鉛及1.5克分子%的鐵酸鈣（CaFeO_5/2）組成的。本發明即以此為基，增加A克分子%的氧化鋰（Li₂O）和B克分子%的氧化鎂（MgO）兩種成分，并輔以特定的制造工藝而獲得本發明的材料。

本發明的一個實施例，其組成范圍是采用化學表達式為：

Pb_0.35Sr_0.05（Zr_0.52Ti_0.48）O_i+1.5克分子%。

CaFeO_5.2+A克分子%Li₂O+B克分子%MgO

所得到的材料。其中

A為0.01至0.20

B為0.00至0.07

當A為0.05，B為0.01時，為本發明的最佳組成

本發明的制造工藝是這樣的，按化學組成計量，稱取各種相應的化學原料，將其在振動磨機中混合2.5小時，在940℃下保溫2小時預燒，再將預燒的料塊破碎，在振動磨機中粉碎5小時，而后加入占瓷料重量4%，濃度為5%的聚乙烯醇溶液為粘合劑，在1噸/（厘米）²的壓力下成型，成型后于1240℃至1310℃下保溫1至5小時燒成，在120℃下，以3kV/mm的直流電場極化15分鐘。本發明的最佳燒結條件：溫度為1260℃，保溫時間為3小時。保溫時間的長短視燒制坯件的大小而異，如直徑為60mm厚為5mm以下的圓形坯件，即可采用上述的最佳燒成條件，如尺寸再大，保溫時間就要延長到5小時左右。

本發明在制造工藝上還有兩個特點，即：