[發明專利]高靈敏度壓電陶瓷片配方及制備方法

無效

• 申請號: 201310728212.7
• 申請日: 2013-12-26
• 公開（公告）號: CN103787656A
• 公開（公告）日: 2014-05-14
• 發明（設計）人: 余方云;李紅元;鄒東平;龍陽;馬國陽;夏波;祁小柯
• 申請（專利權）人: 常州波速傳感器有限公司
• 主分類號: C04B35/493
• 分類號: C04B35/493;C04B35/622
• 代理公司: 常州市維益專利事務所 32211
• 代理人: 何學成

技術領域

本發明涉及壓電陶瓷片技術領域，具體涉及一種高靈敏度壓電陶瓷片配方及制備方法。

背景技術

超聲波傳感器是利用超聲波的特性研制而成的傳感器，由于其工作可靠、安裝方便、防水型、發射夾角較小、靈敏度高等特點，廣泛應用在物位液位監測，機器人防撞，各種超聲波接近開關，以及防盜報警等相關領域。眾所周知，壓電陶瓷是制作超聲波傳感器探頭的常用材料。下面就了解一下壓電陶瓷超聲波傳感器的工作原理及結構特征。

當電壓作用于壓電陶瓷時，壓電陶瓷就會隨電壓和頻率的變化產生機械變形。另一方面，當振動壓電陶瓷時，則會產生一個電荷。利用這一原理，當給由兩片壓電陶瓷或一片壓電陶瓷和一個金屬片構成的振動器，所謂叫雙壓電晶片元件，施加一個電信號時，就會因彎曲振動發射出超聲波。相反，當向雙壓電晶片元件施加超聲振動時，就會產生一個電信號。基于以上作用，便可以將壓電陶瓷用作超聲波傳感器。壓電陶瓷是壓電式超聲波傳感器中的重要芯片，是傳感器的高頻振子。

壓電式超聲波傳感器的一個重要性能指標為靈敏度，靈敏度是傳感器在穩態工作情況下輸出信號的變化量與輸入變化量的比值。靈敏度可理解為放大倍數，倍數越大，靈敏度越高。提高靈敏度，可增大測量的精度及準確度。隨著科技的發展，對高靈敏度壓電式超聲波傳感器的需求越來越大。

影響壓電式超聲波傳感器靈敏度的因素主要有壓電陶瓷、傳感器結構及封裝。傳感器結構一般由超聲波的發射、接收、陶瓷與空氣的聲阻抗匹配層決定，整體結構基本固定成型，改進時間漫長，效果不顯著。封裝中影響靈敏度的主要是膠水，改變膠水型號會出現厚此薄彼的情況，例如，靈敏度升高了，傳感器的時間穩定性就下降了。最簡單最直接的方式為改變壓電陶瓷，當壓電陶瓷接收到驅動信號發生振動時，振幅越大，靈敏度越高。當壓電陶瓷尺寸固定時，改進壓電陶瓷的配方可以從根本上解決壓電式超聲波傳感器的靈敏度。

配方主要通過“軟性”或“硬性”摻雜，從而使材料獲得較高的壓電性能或獲得高的機械品質因數及小的介電損耗。目前大部分廠家及科研機構使用的用于壓電式超聲波傳感器的壓電陶瓷配方屬于軟性摻雜得到的PZT5系列。

發明內容

針對上述技術問題，本發明提供一種高靈敏度壓電陶瓷片配方及制備方法。

實現本發明的技術方案如下：

高靈敏度壓電陶瓷片配方，該壓電陶瓷配方主要由主體成分與附加成分組成，主體成分為：Pb_0.98Sr_0.02[(Nb_1/2Sb_1/2)_xZr_yTi_1-x-y]O₃,其中：0.008≦x≦0.02,0.48≦y≦0.51，附加成分為占主體成分質量的0.04wt%-0.1wt%的MnO₂或Ni₂O₃。

高靈敏度壓電陶瓷片制備方法，制備步驟如下：

步驟1：配料

將原料按組成式Pb_0.98Sr_0.02[(Nb_1/2Sb_1/2)_xZr_yTi_1-x-y]O₃,其中：0.008≦x≦0.02,0.48≦y≦0.51中的元素的數量比稱取Pb₃O₄、SrCO₃、Sb₂O₃、Nb₂O₅、ZrO₂、TiO₂進行配料，并稱取占主體成分質量比0.04wt%-0.08wt%的MnO₂或Ni₂O₃，將上述原料于球磨罐中混料，球磨時間為3h-5h，然后再將原料烘干；

步驟2：合成

將步驟1烘干后的粉料放入坩堝內振實并壓緊，加蓋密封，升溫至850℃—950℃并合成1.5h—2.5h；

步驟3：成型及排塑