[其他]致密-多孔-致密夾心復合壓電陶瓷及其工藝

在審

• 申請號: 101985000000703
• 申請日: 1985-04-01
• 公開（公告）號: CN85100703B
• 公開（公告）日: 1987-03-25
• 發明（設計）人: 莊詠璆;徐其昌;何遠光
• 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

用夾心式結構，在通常的壓電陶瓷工藝下制備致密－多孔－致密夾心復合壓電陶瓷材料，使它具有小的密度，低的介電常數，而又有比普通壓電陶瓷大得多的壓電電壓系數ｇ常數。用此材料制作的水聽器頻帶寬，靈敏度高。此夾心結構既適宜制備（３－３）模式結構，亦適宜制備（３－１）模式結構的復合壓電陶瓷材料。

本發明屬于復合壓電陶瓷材料及制備工藝。

壓電陶瓷如鈦酸鋇、鋯鈦酸鉛等材料早已廣泛應用于超聲、水聲換能器中。隨著科學技術的迅猛發展，原有單相壓電陶瓷材料已遠遠不能滿足需要，近年來發現壓電陶瓷和高分子聚合物兩相復合的壓電陶瓷材料具有某些獨特的性能，因而復合壓電陶瓷材料的研究在近幾年來有很大發展。1979年美國T.R.Shrout等人發表于〔（Mat.Res.Bull.）14，1553（1979）〕用較為簡單的陶瓷工藝制得了（3-3）模式的柔性壓電陶瓷復合材料，其壓電電壓系數g常數比原來的單相鋯鈦酸鉛壓電陶瓷大一個數量級。日本M.Miyashita等人發表于〔（Ferroelectrics）28 397（1980）〕用鋯鈦酸鉛壓電陶瓷條排列成梯形格子結構，并在空隙中注入高分子聚合物亦制得了（3-3）模式的，性能相似的復合壓電陶瓷材料。但由于多孔陶瓷表面無法直接涂敷銀膏，只能先在多孔體陶瓷的氣孔中充填高分子聚合物，然后在表面涂敷含銀的同種高分子聚合物作電極，這樣工藝復雜。

本發明的目的在于提出了特定的工藝制備了致密-多孔-致密夾心復合結構的壓電陶瓷材料，從而克服了已有技術中充填高分子聚合物的復雜性和電極敷設問題。

本發明采用厚度約占樣品總厚度的10%至20%的致密壓電陶瓷“覆蓋”在多孔體壓電陶瓷的兩平行表面，作涂敷銀膏燒滲銀電極用，由于致密壓電陶瓷與多孔壓電陶瓷取自同一種類的壓電陶瓷并壓制成整體，燒結后就成為整塊燒結體，這樣三層夾心式的復合壓電陶瓷把氣孔率相差很大卻連成整體的特定結構，巧妙地解決了多孔陶瓷的銀電極涂敷問題。樣品燒滲銀電極后，在居里溫度附近施加直流電壓進行極化。

本發明材料制備的工藝關鍵首先是制得具有三層夾心結構的坯體，然后制得三層夾心壓電陶瓷體。其壓制坯體的工序如下：取一份軟性壓電陶瓷粉料用于壓法制備成致密層待用瓷料（簡稱甲料），再取一份同一類型的軟性壓電陶瓷粉料，混入粒度為120目的球狀聚甲基丙烯酸甲酯粉料按重量百分比計為17%，也可以是23%或27%充分混合均勻后，同樣用干壓法制備成多孔中間層待用瓷料（簡稱乙料），坯體成型時，稱取等量的兩份甲科分別裝入鋼模的底層和頂層，稱取所需厚度的乙料裝入鋼模的中間層，然后用適當壓力，一次壓制成三層一體的夾心式復合陶瓷坯體。操作中，必須保持每層瓷料厚度完全均厚。這種壓制三層夾心結構的方法同樣適用于制備（3-1）模式的三層夾心復合陶瓷坯體，祗是在壓制時把已設計好形狀的聚甲基丙烯酸甲酯板作中間層，然后一次壓制而成。

瓷坯燒結前要確保三層結構始終是一個整體結構，重要的是試樣疊埋在裝有墊料的氧化鋁坩堝中，以每小時40℃的升溫速度升溫，直至600℃進行排塑。然后再蓋上氧化鋁坩堝密封蓋板，直接于硅碳棒電爐中燒結，這樣不經重新裝爐燒結出滿意的夾心燒結體。本發明所用的燒結溫度由所選用的軟性壓電陶瓷粉料而定，燒結好的三層夾心復合陶瓷，由于主表面是致密陶瓷，因此能按普通壓電陶瓷進行平面機械加工，加工好的樣品經清洗后在主表面上涂上銀膏、燒滲銀電極，然后進行極化。

本發明材料極化條件與所選用軟性壓電陶瓷材料極化條件相同，即在空氣中采用居里溫度附近施加約為每毫米幾十伏的直流電壓進行極化，然后隨著溫度的急速下降逐漸提高施加直流電壓，直至溫度下降到室溫時直流電壓上升到每毫米300伏，全過程歷時約半小時，這種極化方法亦適用于一般軟性壓電陶瓷。

本發明材料的特點是密度低，電容率小，壓電電壓系數比普通壓電陶瓷大一個數量級。本發明的一個具體實例是：用組份為

〔Pb（Li_1/4Sb_3/4）_0.05Zr_0.49Ti_0.46O₃〕