[發明專利]壓電陶瓷材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201310714087.4
• 申請日: 2013-12-20
• 公開（公告）號: CN103771854A
• 公開（公告）日: 2014-05-07
• 發明（設計）人: 李玉臣;董顯林;姚烈
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海硅酸鹽研究所
• 主分類號: C04B35/493
• 分類號: C04B35/493;C04B35/622
• 代理公司: 上海唯源專利代理有限公司 31229
• 代理人: 劉秋蘭

技術領域

本發明屬于材料技術領域，具體涉及一種壓電陶瓷材料及其制備方法。?

背景技術

隨著現代科學技術的迅猛發展，壓電陶瓷材料的研究越來越深入，應用也越來越廣泛。近年來，壓電陶瓷材料在醫學方面的應用也不斷拓展，從醫學檢測、診斷到治療，壓電陶瓷作為系統的核心部件發揮了重要作用。其中超聲骨折治療儀(Sonic?Accelerated?Fracture?Healing?System）就是近年來發展起來的骨質愈合康復治療設備。它用于除顱骨及脊柱之外骨不連的非植入性治療，也可以用于成年人經過閉合復位和石膏固定骨科治療的新形成閉合性后部遠端末梢骨折或一級開放性脛骨骨干骨折，促進患部愈合。超聲骨折治療是一種非介入式治療，它產生的低強度超聲波能量由超聲耦合膠傳送到骨折部位，能加快新鮮骨折的愈合，對骨折延遲愈合和骨不連也有很好的療效。?

超聲骨折治療儀的核心工作部件是壓電陶瓷換能器，其換能器設計時采用壓電陶瓷的厚度方向振動模式，它產生的超聲波能量通過超聲耦合膠傳送到骨折部位，它要求超聲波能量強度不能太大，同時又能很好地傳送到骨折部位，這就要求壓電陶瓷具有具有較低的介電常數，較小的介電損耗同時具有較高的機械品質因數和機電耦合系數，這將對壓電陶瓷的研究提出新的挑戰。具有低的介電常數、較小的介電損耗同時具有較高的機械品質因數的壓電陶瓷往往機電耦合系數比較低；而機電耦合系數高的壓電陶瓷介電系數又比較大，這在材料組成設計和材料制備工藝方面往往比較難實現。?

發明內容

本發明針對現有技術的壓電陶瓷材料在具有較低介電常數、較小介電損耗的情況下，無法同時兼顧有較高的機械品質因數和機電耦合系數的技術問題，目的在于提供一種新的壓電陶瓷材料。本發明采用鈮銻酸鉛、銻錳酸鉛和鋯鈦酸鉛(PZT)復合固溶，同時摻雜多種元素如添加Fe₂O₃、Sm₂O₃、MnO₂和Al₂O₃4種中的至少3種，對壓電陶瓷材料進行改性，獲得具有較低介電常數、較小介電損耗又同時兼顧有較高的機械品質因數和機電耦合系數的優?異性能的壓電陶瓷材料。?

本發明的壓電陶瓷材料，其化學通式為：Pb_1-xM_x(Sb_1/2Nb_1/2)_y(Mn_1/3Sb_2/3)_z(Zr_eTi_f)_1-y-zO₃+awt.%Fe₂O₃+bwt.%Sm₂O₃+cwt.%MnO₂+dwt.%Al₂O₃，?

其中，M為Sr²⁺和/或Ba²⁺；?

x=0.02～0.1，y=0.01～0.1，z=0.01～0.1，e=0.40～0.60，f=0.40～0.60且滿足e+f=1；?

a=0～0.4，b=0～0.5，c=0～1.0，d=0～1.0且Fe₂O₃、Sm₂O₃、MnO₂和Al₂O₃4種摻雜物中至多1種摻雜物的含量為0，?

其中，wt.%是以Pb_1-xM_x(Sb_1/2Nb_1/2)_y(Mn_1/3Sb_2/3)_z(Zr_eTi_f)_1-y-zO₃為100%進行計算，而不是以?