[發明專利]用于水聲換能器的壓電陶瓷及其制備方法

有效

• 申請號: 201010114529.8
• 申請日: 2010-02-26
• 公開（公告）號: CN101798219A
• 公開（公告）日: 2010-08-11
• 發明（設計）人: 陳海*;范艷華;岳建嶺;范春華
• 申請（專利權）人: 上海海事大學
• 主分類號: C04B35/493
• 分類號: C04B35/493;C04B35/622
• 代理公司: 上海天翔知識產權代理有限公司 31224
• 代理人: 趙青

技術領域

本發明涉及電子材料及元器件領域，特別涉及一種用于水聲換能器的 壓電陶瓷及其制備方法。

背景技術

水聲換能器在軍事上和民用上具有不容忽視的作用。在軍事上，搜索 和跟蹤水下潛艇、水雷等目標；在民用上，海底資源的探索，如水文測量、 海底地質地貌勘測、魚群探測，尤其是海洋石油勘探。

在水聲換能器中壓電水聲換能器是目前應用最廣泛的一種，水聲換能 器的性能很大程度上取決于完成水聲信號接收與發射的壓電陶瓷的性能。 根據工作狀態不同水聲換能器可分為發射型換能器和接收型換能器。實際 應用中的水聲換能器經常兼有發射和接收兩種功能。因此，開發一系列高 性能的收發兼用的壓電陶瓷振子，不但可滿足不同水聲換能器系統技術和 海軍艦艇裝備進度的要求，還可以提高艦艇測量精度和定位精度，對加強 我國海軍的作戰裝備能力具有現實意義；從民用角度來說，提高海洋探測 能力，對開發海洋資源具有積極的意義。

對于接收型換能器，要求大的機電耦合系數(Kp)和壓電常數(d₃₃)； 對于發射型換能器，則要求強電場下的高的機械品質因子(Qm)和較小的 介質損耗(tanδ)，尤其是對于大功率發射型換能器或大振幅超聲換能器。 而作為近海使用的收發兼用水聲換能器則需要壓電材料兼顧兩者的特點， 即要求保證高的機電耦合系數和壓電常數的同時，盡可能提高機械品質因 子和降低介質損耗。同時滿足上述要求是相當困難的，因為這些性能參數 是相互制約的。

經對現有技術的文獻檢索發現，公開號為CN1349954的中國專利公開 了用于超聲馬達的銻鈮—錳鈮—鋯—鈦酸鉛四元系壓電陶瓷，該陶瓷體系 結合銻鈮鋯鈦酸鉛系和錳鈮鋯鈦酸鉛系的特點，制備了綜合機電性能較好 的壓電陶瓷。但該體系的不足之處是：機電耦合系數Kp較低，優化的配方 Kp僅有0.49；壓電常數d33為312pC/N，也較低。超聲馬達的工作特性要 求首先保證高的機械品質因子，而收發兼用的水聲換能器則首先保證高的 機電耦合系數和壓電常數，該體系難以在收發兼用的水聲換能器上應用。 檢索中還發現，公開號為CN1061111的中國專利公開了用于壓電變壓器的 鈮鎂酸鉛—鈮錳酸鉛—鋯酸鉛—鈦酸鉛(Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃-Pb(Mn_1/3Nb_2/3)O₃-PbZrO₃-PbTiO₃)四元系壓電陶瓷，對鈮鎂鋯鈦酸鉛和鈮錳鋯鈦酸鉛進行 了最佳組合和改性，從而獲得在大功率使用下性能優異的四元系壓電陶瓷 材料，該四元系盡管機電耦合系數Kp達到0.64，但壓電常數d₃₃僅為311 pC/N，較低。壓電變壓器的工作狀況與超聲馬達相近，也是要求首先保證 高的機械品質因子，其次才是保證壓電性能，該體系仍然不適合在收發兼 用的水聲換能器上應用。

發明內容

本發明為了解決上述的技術問題，提供一種具有良好的綜合機電性能 壓電陶瓷。

本發明又一解決的技術問題，提供上述的具有良好的綜合機電性能壓 電陶瓷的制備方法。

用于水聲換能器的壓電陶瓷，其特征在于，所述的壓電陶瓷由鈧鈮— 錳鈮—鋯酸鉛—鈦酸鉛(PSN-PMN-PZ-PT)四元系壓電陶瓷組成，所述的四 元系摩爾百分比為：3～18％Pb(Sc_1/2Nb_1/2)，3～8％Pb(Mn_1/3Nb_2/3)，40～49％ PbZrO₃，40～49％PbTiO₃。

其中，Pb位被1～5mol％Sr²⁺取代。