[發明專利]鈣鐵摻雜的銻錳鋯鈦酸鉛壓電陶瓷

無效

• 申請號: 201310421430.6
• 申請日: 2013-09-13
• 公開（公告）號: CN103496977A
• 公開（公告）日: 2014-01-08
• 發明（設計）人: 孫清池;徐青;馬衛兵;劉群;張琦
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: C04B35/491
• 分類號: C04B35/491;C04B35/622
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 張宏祥

技術領域

發明是關于以成分為特征的陶瓷組合物，尤其涉及一種鈣鐵摻雜的銻錳鋯鈦酸鉛壓電陶瓷。

背景技術

壓電陶瓷是經過人工極化處理的鐵電陶瓷，具有壓電效應。能夠產生壓電效應的材料有很多，包括壓電陶瓷材料、壓電單晶材料、壓電半導體、壓電高聚物、壓電復合材料及壓電液晶。目前，鋯鈦酸鉛（PZT）壓電陶瓷是使用最多的壓電材料。壓電材料由于具有反應快、精度高、抗干擾強度好等特點，受到國內外的廣泛關注。目前已被開發應用于超聲波電機、精密驅動器等方面，并在國防、生物醫學、光電子、機械行業等方面獲得了成功的應用。

在眾多的應用領域中，功率型壓電陶瓷的應用日益廣泛。如近年來迅速興起的大功率發射型超聲換能器、水聲換能器、壓電變壓器、功率型壓電陶瓷振子、大功率金屬超聲焊接技術、超聲CVD新工藝、集成電路生產中的超聲CI煤接技術以及核電站配套的大功率(幾十千瓦級)超聲清洗工程等，均以高性能大功率壓電陶瓷為基礎。大功率壓電陶瓷主要應用于高電壓和高壓力驅動。對于不同壓電材料的應用領域，其壓電參數也有不同的要求。作為大功率聲電換能器件的材料主要運用于壓電換能器，在實際應用中，以壓電型大功率聲電換能器的應用占主導地位，而大功率壓電型換能材料又以壓電陶瓷為主。適合于做換能器的壓電陶瓷材料有三大類，第一類是用于機電和電聲轉換的陶瓷材料，這些壓電陶瓷材料具有較高的機電禍合系數，在準靜態下，若沒有特寬和特窄的頻率帶寬要求，信號的幅度屬于小到中等檔次時則可以用這類壓電陶瓷材料。這類材料內有介電常數分別為(1000～2000)和(2000～5000)兩類。第二類材料為低Qm值寬帶壓電陶瓷材料。這類材料具有低Qm值的特點，可以制成性能特別優良的超聲換能器，在材料測試設備和超聲分析設備上，這些材料的介電常數有的很高，在3000左右，有的很低在300左右，這些材料的阻抗能和所需的頻率相匹配。第三類材料是大功率壓電陶瓷材料和引燃引爆壓電陶瓷材料，一般的壓電陶瓷，由于電疇的運動(滯后效應)的損耗隨電場的強度和機械應力的變大而其損耗也急劇增大，而且越來越顯著，在大功率下，陶瓷會發熱，甚至被燒毀，在大功率陶瓷中，由于加進了特殊的摻雜物，電疇運動相對穩定了，陶瓷片能在大功率下正常工作。水聲換能器可分為發射性和接收型以及收發兼有共三種。對于發射型換能器壓電陶瓷材料，首先要滿足大功率、高效率的要求，要求材料有高壓電常數，高機電禍合系數和高介電常數，另一方面要求材料有高矯頑電場Ec，機械強度好，介電損耗tanδ，機械品質因數Qm。實踐表明，可以通過適當的配方調整，使陶瓷的性能得到有效的控制，以適應不同應用。

銻錳鋯鈦酸鉛為鈣鈦礦結構，在居里溫度以上為立方晶系，居里溫度以下發生相轉變，此時為三方相與四方相。目前的綜合性能為：損耗約為0.3～0.4%，即損耗偏高；d₃₃為300～330pC/N,即壓電系數偏小，因此其性能仍有進一步提升的空間。鈣鐵氧化物摻雜有望改善其綜合性能。

發明內容

本發明的目的，是解決銻錳鋯鈦酸鉛壓電陶瓷壓電系數偏小、損耗偏高的弊端，在銻錳鋯鈦酸鉛壓電陶瓷材料的基礎之上，進行合理的鈣鐵氧化物摻雜，提供了一種壓電系數較高、損耗小的可應用于水聲換能器的大功率壓電陶瓷材料，

本發明通過如下技術方案予以實現。

一種鈣鐵摻雜的銻錳鋯鈦酸鉛壓電陶瓷，其化學計量式為：

Pb_1.02(Mn_1/3Sb_2/3)_0.05Zr_0.47Ti_0.48O₃+x?wt.%2CaO-Fe₂O₃，式中x=0.05～0.30；

該鈣鐵摻雜的銻錳鋯鈦酸鉛壓電陶瓷的制備方法，具有如下步驟：

(1)配料