[發明專利]一種壓電陶瓷材料及高穩定性超聲換能器

有效

• 申請號: 202111112764.6
• 申請日: 2021-09-23
• 公開（公告）號: CN113651615B
• 公開（公告）日: 2022-10-14
• 發明（設計）人: 曹志強
• 申請（專利權）人: 大連世達科技有限公司
• 主分類號: C04B35/493
• 分類號: C04B35/493;C04B35/622;C04B35/638
• 代理公司: 北京恒泰銘睿知識產權代理有限公司 11642
• 代理人: 蔡明釗

本發明涉及電子陶瓷材料領域，具體為一種壓電陶瓷材料及高穩定性超聲換能器，由以下化學結構式表示：Pb(Zr_aTi_1?a)_x(Mn_bSb_1?b)_1?xO₃?αwt％碳納米材料?βwt％In₂O₃，所制備的壓電陶瓷材料的壓電性能優異，機電耦合系數kp≥0.80，介電損耗≤0.16×10^?2，壓電應變常數d₃₃≥620，機械品質因數Qm≥872，作為超聲換能器的壓電陶瓷元件使用，可以提高超聲換能器的穩定性，延長使用壽命。

技術領域

本發明涉及電子陶瓷材料領域，具體為一種壓電陶瓷材料及高穩定性超聲換能器。

背景技術

超聲換能器的結構包括位于中央的壓電陶瓷元件、前后金屬蓋板、預應力螺桿、電極片以及絕緣管。其在負荷變化時能產生穩定的超聲波，是獲得高功率超聲波驅動源的最基本最主要的方法，在工業、農業、交通運輸、生活、醫療及軍事等領域有廣泛應用前景。

超聲換能器結構中的壓電陶瓷元件對其性能有著決定性的影響，也直接決定了超聲換能器是否具有高穩定性，要提高超聲換能器的穩定性，就需要提高壓電材料的機電耦合系數和機械品質因素，并降低介質損耗，這個發展方向也是超聲換能器朝著小型化、高性能化和高可靠性的發展要求。

發明內容

發明目的：針對上述技術發展趨勢，本發明提供了一種壓電陶瓷材料及高穩定性超聲換能器。

所采用的技術方案如下：

一種壓電陶瓷材料，由以下化學結構式表示：

Pb(Zr_aTi_1-a)_x(Mn_bSb_1-b)_1-xO₃-αwt％碳納米材料-βwt％In₂O₃

a、b、x表示摩爾比；

α、β分別表示碳納米材料和In₂O₃占Pb(Zr_aTi_1-a)_x(Mn_bSb_1-b)_1-xO₃的質量百分數；

a為0.4-0.6，b為0.25-0.45，x為0.90-0.99；

α為1-4，β為0.2-0.5。

進一步地，a為0.50-0.55，b為0.3-0.4，x為0.95-0.98。

進一步地，a為0.53，b為0.33，x為0.98。

進一步地，α為2-3，β為0.25-0.3。

進一步地，α為2，β為0.25。

進一步地，所述碳納米材料為第Ⅲ主族元素和/或第Ⅴ主族元素摻雜的石墨烯和/或碳納米管。

進一步地，所述碳納米材料為硼和/或氮摻雜的石墨烯和/或碳納米管。

進一步地，所述碳納米材料為氮摻雜的石墨烯。

本發明還提供了上述壓電陶瓷材料的制備方法：