[發(fā)明專利]一種鈧酸鉍-鈦酸鉛-鐵酸鉍三元體系壓電陶瓷及其聲發(fā)射傳感器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011504747.2
• 申請(qǐng)日: 2020-12-18
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112557516B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-03-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 黃世峰;馮超;楊長(zhǎng)紅;耿朝輝;張曉芳;劉芬;林秀娟;程新
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 濟(jì)南大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N29/14
• 分類號(hào): G01N29/14;C04B35/50;C04B35/478;C04B41/88
• 代理公司: 濟(jì)南泉城專利商標(biāo)事務(wù)所 37218
• 代理人: 王翠翠

本發(fā)明公開(kāi)了一種高溫壓電陶瓷聲發(fā)射傳感器，包括封裝外殼、透聲層、導(dǎo)電膠、壓電元件、連接壓電元件正電極面的引線、壓電元件與封裝層之間的背襯層、射頻連接器和射頻同軸電纜。本發(fā)明所用的壓電元件為陶瓷，其中0.30≤x≤0.33,0.05≤y≤0.10，0.02≤a≤0.05,0.01≤b≤0.03，0.01≤c≤0.03。該陶瓷具有高的居里溫度(T_C=470℃~500℃)和優(yōu)異的壓電性能(d₃₃230pC/N)。本發(fā)明所制備的聲發(fā)射傳感器可在300℃的高溫下穩(wěn)定工作，具有高靈敏度、高信噪比、制作工藝簡(jiǎn)單、使用方便等特點(diǎn)，對(duì)將聲發(fā)射技術(shù)應(yīng)用于高溫領(lǐng)域的在線監(jiān)測(cè)具有重要意義。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于高溫傳感技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種聲發(fā)射傳感器，具體涉及一種鈧酸鉍-鈦酸鉛-鐵酸鉍三元體系壓電陶瓷及其聲發(fā)射傳感器。

背景技術(shù)

我國(guó)高端裝備制造業(yè)進(jìn)入快速發(fā)展時(shí)期，作為智能制造的基礎(chǔ)和核心，傳感器將助力中國(guó)高端制造業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)。壓電材料是一種能夠?qū)崿F(xiàn)電能和機(jī)械能之間相互轉(zhuǎn)換的功能材料，基于壓電材料制備的壓電器件在國(guó)防、航空航天、新能源、核能、油井探測(cè)、汽車內(nèi)燃機(jī)等領(lǐng)域具有迫切的應(yīng)用需求。近年來(lái)隨著現(xiàn)代工業(yè)的快速發(fā)展，壓電材料的應(yīng)用已從常規(guī)使用轉(zhuǎn)向高溫極端環(huán)境下的服役。這相應(yīng)地對(duì)壓電材料和壓電器件的性能提出了更高的要求，即高工作溫度下，性能穩(wěn)定而不失效。目前市面上商用PZT壓電器件受PZT陶瓷居里溫度(T_C)低(小于350℃)的局限，長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定工作溫度在170℃以下，無(wú)法滿足高溫極端環(huán)境下的應(yīng)用要求。鈧酸鉍-鈦酸鉛(BiScO₃-PbTiO₃)固溶體具有與PZT壓電固溶體相媲美的壓電性能(d₃₃=460pC/N)以及相對(duì)較高的T_C(450℃)。但BiScO₃-PbTiO₃固溶體仍無(wú)法滿足300℃的高溫服役環(huán)境。而鐵酸鉍(BiFeO₃)為代表的高溫壓電陶瓷材料，具有高的居里溫度(T_C=825℃)，但相對(duì)較小的壓電常數(shù)(d₃₃=27pC/N)限制了其應(yīng)用。

聲發(fā)射(Acoustic Emission，簡(jiǎn)稱AE)檢測(cè)技術(shù)能夠準(zhǔn)確探測(cè)材料內(nèi)部發(fā)生形變或損傷時(shí)產(chǎn)生的聲發(fā)射信號(hào)，單憑檢測(cè)物體本身發(fā)出的故障聲發(fā)射波實(shí)現(xiàn)無(wú)損被動(dòng)檢測(cè)，具有直接方便、靈敏度高、實(shí)時(shí)連續(xù)等特點(diǎn)。AE技術(shù)在高溫監(jiān)測(cè)領(lǐng)域具有廣闊的市場(chǎng)前景，如石油煉制過(guò)程中管道(~300℃)等高溫部位開(kāi)裂情況的在線監(jiān)控，壓水堆核電站的壓力容器、主管道、蒸汽發(fā)生器等設(shè)備在服役過(guò)程中的健康檢測(cè)(280-325℃)，均需要借助于高溫環(huán)境下工作的聲發(fā)射傳感器。

因此，要想獲得高溫下穩(wěn)定工作的聲發(fā)射傳感器，必須滿足以下三點(diǎn)要求：（1）傳感器的核心元件壓電材料的壓電性能具有良好的溫度穩(wěn)定性，避免在高溫環(huán)境下出現(xiàn)嚴(yán)重的性能惡化問(wèn)題。（2）傳感器的無(wú)源材料如匹配層、背襯層、粘接劑等無(wú)源材料具有高的耐溫性，避免高溫環(huán)境下的失效現(xiàn)象。（3）傳感器的正常工作溫度高于接觸的區(qū)域溫度，且具有高靈敏度、高信噪比等特性。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)高溫環(huán)境對(duì)監(jiān)測(cè)傳感器的需求，本發(fā)明提供一種壓電聲發(fā)射傳感器，核心壓電元件采用高溫壓電陶瓷，實(shí)現(xiàn)了聲發(fā)射傳感器直接應(yīng)用于高溫環(huán)境在線監(jiān)測(cè)的目的。

為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明具體技術(shù)方案如下：

一種聲發(fā)射傳感器，包括封裝外殼、透聲層、導(dǎo)電膠、壓電元件、射頻連接器和射頻同軸電纜；

所述透聲層配置在所述封裝外殼的底部開(kāi)口上，以將所述壓電元件配置在所述封裝外殼中；