[發明專利]低溫燒結大各向異性壓電陶瓷的配方及制備工藝

無效

• 申請號: 200810047020.9
• 申請日: 2008-03-11
• 公開（公告）號: CN101244934A
• 公開（公告）日: 2008-08-20
• 發明（設計）人: 張源偉;鄺安祥;鄺偉;李先達;陳王麗華;周桃生;柴荔英
• 申請（專利權）人: 湖北大學;中國科技開發院;深圳市晶暢科技有限公司;香港理工大學;呂新榮
• 主分類號: C04B35/462
• 分類號: C04B35/462;C04B35/472;C04B35/622;H01L41/187
• 代理公司: 武漢金堂專利事務所
• 代理人: 丁齊旭

技術領域

本發明涉及一種壓電陶瓷配方及燒結工藝，具體涉及一種低溫燒結的具有大各向異性和高機械品質因素的改性鈦酸鉛(PbTiO₃，簡稱PT)壓電材料，它適用于制作壓電陶瓷降壓變壓器等系列壓電陶瓷器件。

背景技術

降壓變壓器是低壓電源的核心元件，凡是使用晶體管和集成電路(IC)的電子產品都要用到低壓電源供電。目前，變壓器的需要量數十億計，而電子產品日趨于小型化，輕、薄、小是發展的必然趨勢。一般情況下，無源器件的工作頻率越高，其體積就越小。傳統電磁(線繞)變壓器在這種頻率下工作，因其線圈(銅線)出現趨膚(Skin?Effect)和鄰近(Proximity?Effect)效應，引起發熱而消耗了大量輸入能量；同時磁性材料在高頻下，亦產生較大損耗，使效率大大減小，難以滿足電子產品輕、薄、小的發展趨勢。壓電陶瓷的壓電特性基本與頻率無關，用壓電陶瓷材料制成的變壓器能夠實現電子設備的小型化。

摻雜改性的鋯鈦酸鉛系列(PbZr_XTi_1-XO₃，簡稱PZT)壓電陶瓷材料是目前制造各種壓電陶瓷器件的主要材料，使用此類材料已制造出升壓型壓電陶瓷變壓器，這種變壓器已廣泛應用于高壓小電流電子設備上，如He-Ne激光電源、保安設備高壓電源、軍艦雷達高壓電源、復印機高壓電源、電腦激光打印機高壓電源、臭氧和負離子發生器高壓電源，特別最近迅猛發展起來的各類液晶顯示器(LCD)的產品和電腦掃描儀高壓電源。

但由于降壓型壓電變壓器常采用厚度振動模，要求縱向模式機電耦合系數(k_t)大，而橫向模式機電耦合系數(k_p)盡量小，以減小橫向模式寄生振動的影響，而改性PZT材料的平面壓電常數k_p較大，可引起較大橫向振動而減少厚度方向傳輸功率而無法應用。

對于高頻壓電陶瓷降壓變壓器，需要同時具有大的機電各向異性k_t/k_p和高機械品質因素Q_m。摻雜改性鈦酸鉛PT材料具有機電各向異性k_t/k_p大、居里溫度T_C高、介電常數ε_r小的特點，在制備高溫、高頻壓電陶瓷器件上具有良好的應用前景摻雜改性鈦酸鉛PT材料常在其結構ABO₃的A位一般采用堿土金屬和稀土金屬部分取代，如采用鈣(Ca)部分取代鉛(Pb)的PT材料具有較大壓電各向異性。在Ca改性PT基礎上，對B位進行一元改性，例如Pb(Ni_1/3Nb_2/3)O₃、Pb(Co_1/2W_1/2)O₃、Pb(Zn_1/3Nb_2/3)O₃的改性。它們使材料的性能得以充分的發揮，以達到制造高頻降壓型壓電陶瓷變壓器對材料的要求，但它們的燒結溫度都很高。

在制備壓電陶瓷降壓變壓器時，一般要求壓電陶瓷具有大各向性(k_t/k_p＞10)和高機械品質因素(Qm＞1000)，同時還希望材料的居里溫度較高，介電常數較小，燒結溫度盡量低。

發明內容

本發明的目的是對現有技術進行改進，提供一種可低溫燒結的、大各向異性的、高機械品質因素的壓電陶瓷配方及燒結工藝。

本發明將Pb(Zn_1/2W_1/2)O₃和Pb(Ni_1/3Nb_2/3)O₃這兩種組分，選擇一定比例，對B位進行二元復合取代，并添加適量MnCO₃進行改性，以便進一步提高材料Qm值和提高溫度穩定性，再添加適量Pb(Cd_1/2W_1/2)O₃后其配方化學計量為：

(Pb_1-XCa_X)(Zn_1/2W_1/2)_t(Ni_1/3Nb_2/3)_uTi_vO₃+y?MnCO₃+z?Pb(Cd_1/2W_1/2)O₃