[其他]鈦酸鉍鈉鉀系超聲用的壓電陶瓷材料

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 85100426
• 申請日: 1985-04-01
• 公開（公告）號: CN85100426B
• 公開（公告）日: 1987-09-02
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王天寶;盧永康;王列娥
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所
• 主分類號: C04B35/46
• 分類號: C04B35/46;H01L41/16
• 代理公司: 中國科學(xué)院上海專利事務(wù)所
• 代理人: 潘振蘇,聶淑儀

本發(fā)明是屬于壓電陶瓷材料，該壓電材料具有高 的厚度耦合系數(shù)(K_t)、高的厚度振動頻率常數(shù)(N_t)、 較低的徑向耦合系數(shù)(K_p)和介電常數(shù)低的體 積密度和機械品質(zhì)因數(shù)。特別適合用作超聲換能器 材料。

目前廣泛應(yīng)用的壓電陶瓷材料是以鋯鈦酸鉛 (PZT)為基的，它是以PbO為主要成份。盡管采用 密封燒結(jié)法，但因PbO揮發(fā)，所以燒成的產(chǎn)品一致性 差、成本高。特別是鉛的毒性帶來公害和增加防護(hù)費 用。另外PZT基陶瓷的K_p大于(K_t)，較高，作為 超聲探傷、測厚和醫(yī)用超聲探頭容易產(chǎn)生橫向振動的 干擾使波形或圖像不清晰，偏高則增加與整機匹 配的困難。

為此，尋找一種不含有鉛成份而具有較低的 K_p和新壓電陶瓷材料顯得極為重要。1971年B. Jaffe等和1973年田中哲郎各自發(fā)表了Na_0.5Bi_0.5TiO₃(NBT)和K_0.5Bi_0.5TiO₃(KBT)單組元陶瓷的壓 電鐵電數(shù)據(jù)，以后又有人研究了?NBT-SrTiO₃、 NBT-CdTiO₃系固溶體的晶體結(jié)構(gòu)但未獲得有實 用價值的壓電材料。

本發(fā)明的目的在于提供一種新的完全不含鉛成 份的壓電陶瓷系統(tǒng)，這類材料具有高的K_t、N_t和大的 K_t/K_p比值，較低的K_p和低的體積密度和機械 品質(zhì)因數(shù)。

本發(fā)明提供的新壓電陶瓷材料系統(tǒng)組成為：

XNa_0.5Bi_0.5TiO₃-(1-X)K_0.5Bi_0.5TiO₃(簡寫 為XNBT-(1-X)KBT)(其中X＝0.80～0.99 富鈉區(qū))同時加入少量改性添加物，它們或分別添加 0.1～3％(重量)的MnO₂、Fe₂O₃、Sb₂O₂、Pb(BO₂) ₂·H₂O等化合物，或同時添加上述化合物中的任意 兩種。最佳組成是X＝0.85～0.93，同時加入少量 改性添加劑。

用化學(xué)純或工業(yè)用TiO₂、Bi₂O₃、無水Na₂CO₃、 無水K₂CO₃和化學(xué)純的上述添加物作原料，按配方 稱料，加無水酒精球磨混和6小時烘干后在 900～1100℃保溫2～5小時條件下合成，合成后 粉料(熟料)用氣流粉碎或球磨磨細(xì)，加粘結(jié)劑干壓成 型、試樣在1100～1200℃大氣中敞開燒結(jié)，保溫 2～4小時，然后研磨成φ17×1mm的試樣，被銀極 化，按IRE標(biāo)準(zhǔn)，測定試樣的壓電性能。表1列出 了8個不同X值的配方及其性能。表2列出了典型 配方的各種鐵電、壓電性能。

從表1可以看出，XNBT-(1-X)KBT系富 鈉區(qū)壓電陶瓷材料的共同特點是，具有高的厚度振動 耦合系數(shù)K_t，高的厚度振動頻率常數(shù)N_t和較高的居 里溫度T_c，低的徑向耦合系數(shù)K_p，較低的介電系數(shù) 和低的體積密度。對該系統(tǒng)的X射線和電物理性 能研究發(fā)現(xiàn)，NBT-KBT系的三方一四方相界位 于NBT含量為0.81克分子處。