[發(fā)明專利]一種高介電常數(shù)高壓電應(yīng)變發(fā)射型壓電陶瓷材料及制備方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202111551146.1
• 申請日: 2021-12-17
• 公開（公告）號: CN114133243A
• 公開（公告）日: 2022-03-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 吳凡;蓋學(xué)周;汪躍群
• 申請（專利權(quán)）人: 中國船舶重工集團(tuán)公司第七一五研究所
• 主分類號: C04B35/493
• 分類號: C04B35/493;C04B35/622;C04B41/00;C04B41/51;C04B41/88;H01L41/187;H01L41/43
• 代理公司: 杭州九洲專利事務(wù)所有限公司 33101
• 代理人: 陳繼亮

本發(fā)明公開了一種高介電常數(shù)高壓電應(yīng)變發(fā)射型壓電陶瓷材料及制備方法，屬于壓電陶瓷制造技術(shù)領(lǐng)域。該壓電陶瓷材料的組成可由下列化學(xué)通式來表示：Pb_1?xSr_x[(Mg_1/3Nb_2/3)_a(Zn_1/3Nb_2/3)_b(Zr_yTi_1?y)_1?a?b]O₃+mwt％Fe₂O₃，其中0≤x≤0.10，0.50≤y≤0.54，0.01≤a≤0.12,0.02≤a+b≤0.25,0≤m≤0.07。制備出的壓電陶瓷材料具有高介電常數(shù)(ε_r3^T＝1800～2200)、高壓電應(yīng)變系數(shù)(3KV/mm電場下應(yīng)變值Strain＝0.19％～0.22％，動態(tài)壓電應(yīng)變系數(shù)d^*₃₃`＝690±40pm/V)等優(yōu)勢,是一種綜合性能優(yōu)良的發(fā)射型壓電陶瓷材料，能夠滿足發(fā)射換能器對壓電陶瓷材料性能的多樣化需求，在水聲以及國防工業(yè)等領(lǐng)域?qū)⒌玫綇V泛應(yīng)用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于壓電陶瓷制造技術(shù)領(lǐng)域，主要是一種高介電常數(shù)高壓電應(yīng)變發(fā)射型壓電陶瓷材料及制備方法。

背景技術(shù)

發(fā)射型壓電陶瓷材料要求具有高耦合系數(shù)、高機(jī)械品質(zhì)因數(shù)以及較小的介電損耗，同時，根據(jù)使用環(huán)境及工況不同對壓電陶瓷材料的介電常數(shù)也有不同的需求。目前市面上制備發(fā)射換能器使用的最多的是P4、P8系列材料；P4材料耦合系數(shù)高，機(jī)械品質(zhì)因數(shù)Q_m≥600，介電損耗低，介電常數(shù)適中(ε_r3^T＝1200～1500)，普遍應(yīng)用于中功率發(fā)射換能器；P8材料耦合系數(shù)高，機(jī)械品質(zhì)因數(shù)Q_m≥800，介電損耗低，介電常數(shù)較低(ε_r3^T＝800～1200)，常應(yīng)用于大功率發(fā)射換能器；

隨著國家需求越來越高，進(jìn)而對水聲換能器提出了更高的要求；壓電陶瓷作為水聲換能器的核心元件，須滿足水聲換能器多樣化需求，如某型聲納換能器要求壓電陶瓷要同時具備高介電常數(shù)、高壓電應(yīng)變、高耦合系數(shù)、低介電損耗及適中的機(jī)械品質(zhì)因數(shù)等。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，而提供一種高介電常數(shù)高壓電應(yīng)變發(fā)射型壓電陶瓷材料及制備方法。

本發(fā)明的目的是通過如下技術(shù)方案來完成的。本發(fā)明通過在PZT二元系中引入Pb(Mg_1/3Nb_2/3)0₃、Pb(Zn_1/3Nb_2/3)0₃兩種組元，并調(diào)整各組元配比，摻雜元素 Sr、Fe改性得到，為發(fā)射換能器的制備提供了一種高介電常數(shù)高壓電應(yīng)變壓電陶瓷材料。本發(fā)明所述的一種高介電常數(shù)高壓電應(yīng)變發(fā)射型壓電陶瓷材料，組成式為：Pb_1-xSr_x[(Mg_1/3Nb_2/3)_a(Zn_1/3Nb_2/3)_b(Zr_yTi_1-y)_1-a-b]O₃+mwt％Fe₂O₃，其中0≤x≤ 0.10，0.50≤y≤0.54，0.01≤a≤0.12,0.02≤a+b≤0.25,0≤m≤0.07。

所述壓電陶瓷材料的介電常數(shù)ε_r3^T＝1800～2200，3KV/mm電場下應(yīng)變值 Strain＝0.19％～0.22％，動態(tài)壓電應(yīng)變系數(shù)d^*₃₃＝690±40pm/V，機(jī)械品質(zhì)因數(shù)Q_m≥400，平面機(jī)電耦合系數(shù)k_p≥0.57，介電損耗tgδ≤0.3％。