一種超聲接收型換能器用壓電陶瓷材料的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及無(wú)機(jī)非金屬材料【技術(shù)領(lǐng)域】，特指一種超聲接收型換能器用壓電陶瓷材料。所述壓電陶瓷的組成為：xPb(Fe1/2Ta1/2)O3-mPb(Yb1/2Nb1/2)O3-y(Pb0.90Ba0.05Sr0.05)(Zr0.54Ti0.46)O3+0.01~0.6wt.%U2O3+0.01~0.6wt.%LiNbO3+0.01~0.9wt.%La2O3；其中，0.01≤x≤0.2mol,0.01≤m≤0.2mol,0.6≤y≤0.98mol,x+m+y=1。所制備的壓電陶瓷的介電常數(shù)約為3500左右，機(jī)械品質(zhì)因素（Qm）小于等于80，徑向機(jī)電耦合系數(shù)（Kp）為0.75左右，壓電應(yīng)變常數(shù)(d33)大于等于480pC/N，諧振頻率時(shí)間穩(wěn)定性好，其變化率（tfr）小于0.006%（老化200小時(shí)）,介質(zhì)損耗(tanδ)小于1.0%；使用過(guò)程中性能穩(wěn)定性好，安全性高。
【專利說(shuō)明】一種超聲接收型換能器用壓電陶瓷材料
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及無(wú)機(jī)非金屬材料【技術(shù)領(lǐng)域】，特指一種超聲接收型換能器用壓電陶瓷材料，它采用常規(guī)的固相法壓電陶瓷的制備方法，利用普通化學(xué)原料，制備得到高穩(wěn)定高壓電性能壓電陶瓷，該壓電陶瓷適合于制備超聲接收型換能器等。
【背景技術(shù)】
[0002]壓電陶瓷具有優(yōu)良的壓電效應(yīng)，是功能陶瓷中應(yīng)用非常廣泛的一類，如傳感器、換能器、濾波器等，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)和國(guó)防工業(yè)中發(fā)揮著重要的作用，由于無(wú)鉛壓電陶瓷的壓電性能與鋯鈦酸鉛基壓電陶瓷的壓電性能相差很大，目前，制作超聲換能器等器件主要是鋯鈦酸鉛基壓電陶瓷，有的壓電性能好，但是其時(shí)間穩(wěn)定性較差，由于時(shí)間的延長(zhǎng)，容易產(chǎn)生諧振頻率的較大漂移，相對(duì)帶寬的較大的變化，很難滿足高壓電性能和高時(shí)間穩(wěn)定性的要求；有的壓電性能不太好，有的介電常數(shù)較低，有的介質(zhì)損耗較大，滿足不了超聲接收型換能器等器件的要求。為了改進(jìn)壓電陶瓷材料的性能，常采用兩種途徑:一是通過(guò)在基體材料中加入第三元或第四元以形成新材料來(lái)達(dá)到改性的目的；二是根據(jù)不同摻雜離子對(duì)材料性能的影響不同，對(duì)材料進(jìn)行摻雜改性；本發(fā)明得到高時(shí)間穩(wěn)定高壓電性能的鉭鐵酸鉛鈮鐿酸鉛鋯鈦酸鉛四元系壓電陶瓷，能用于制備超聲接收型換能器等器件；一般情況下，鋯鈦酸鉛壓電陶瓷的燒結(jié)溫度在1260°C?1280°C，本發(fā)明的壓電陶瓷的燒結(jié)溫度為lll(Tll30°C左右，這樣大大的降低能耗，節(jié)約成本，同時(shí)能抑制氧化鉛的揮發(fā)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是這樣來(lái)實(shí)現(xiàn)的:
一種超聲接收型換能器用壓電陶瓷，其配方為:xpb (Fel72Tal72) 03_mPb (Yb1/2Nb1/2)03-y (Pb0 90Ba0 05Sr0 05) (Zr0 54Ti0 46) 03+0.01 ?0.6 wt.%U203+0.01 ?0.6wt.%LiNb03+0.01 ?0.9wt
?%La203 ;其中，0.01 < x < 0.2 mol, 0.01 ≤0.2 mol, 0.6 ≤ y ≤ 0.98 mol, x+m+y=I ；其中 Pb(Fe1/2Ta1/2)03、Pb(Yb1/2Nb1/2)03、(Pba9tlBaaci5Sraci5) (Zra54Tia46)O3' LiNbO3分別是采用常規(guī)的化學(xué)原料以固相法合成。
[0004]U2O3、LiNbO3 和 La2O3 的添力卩量分另ij SxPb(Fev2Taiy2)O3IiPb(Ybv2Nbv2)O3-Y (Pb0.90Ba0.05Sr0.05) (Zra54Tia46)O3 質(zhì)量的 0.01 ?0.6%、0.01 ?0.6% 和 0.01 ?0.9%。
[0005]所述壓電陶瓷的介電常數(shù)為3493-3512，機(jī)械品質(zhì)因素為71_77，徑向機(jī)電耦合系數(shù)為0.74-0.77，壓電應(yīng)變常數(shù)d33為482 pC/N -490pC/N,老化200小時(shí)后的諧振頻率時(shí)間穩(wěn)定性 tfr 為 0.002%-0.005%,介質(zhì)損耗為 0.82%-0.91%。
[0006]本發(fā)明的壓電陶瓷所用的Pb(Fe1/2Ta1/2)03的制備過(guò)程包括:將常規(guī)的化學(xué)原 料Pb3O4和Fe2O3和Ta2O5按1/3:1/4:1/4摩爾比配料，研磨混合均勻后放入氧 化鋁坩堝內(nèi)于850°C?900°C保溫120分鐘，固相反應(yīng)合成Pb (Fe1/2Ta1/2) O3，冷卻 后研磨過(guò)200目篩，備用。
[0007]本發(fā)明的壓電陶瓷所用Pb(Yb1/2Nb1/2)03的制備過(guò)程包括:將常規(guī)的化學(xué)原料Pb3O4和Yb2O3和Nb2O5按1/3:1/4:1/4摩爾比配料，研磨混合均勻后放入氧化 鋁坩堝內(nèi)于850°C-900°C保溫120分鐘，固相反應(yīng)合成Pb (Yb1/2Nb1/2) O3,冷卻后 研磨過(guò)200目篩，備用。
本發(fā)明采用常規(guī)的固相法陶瓷制備工藝，即首先按配方配料將配合料球磨粉碎混合，進(jìn)行烘干后，加入粘合劑造粒，再壓制成生坯片，然后在空氣中進(jìn)行排膠和燒結(jié)，經(jīng)保溫并自然冷卻后，獲得鉭鐵酸鉛鈮鐿酸鉛鋯鈦酸鉛四元系壓電陶瓷，在陶瓷上被電極，然后極化，老化，測(cè)性能。
[0008]上述超聲接收型換能器用壓電陶瓷的配方最好采用下列二種方案:
【權(quán)利要求】
1.一種超聲接收型換能器用壓電陶瓷，所述壓電陶瓷的介電常數(shù)為3493-3512，機(jī)械品質(zhì)因素為71-77，徑向機(jī)電耦合系數(shù)為0.74-0.77，壓電應(yīng)變常數(shù)d33為482 pC/N -490pC/N,老化200小時(shí)后的諧振頻率時(shí)間穩(wěn)定性tfr為0.002%_0.005%,介質(zhì)損耗為0.82%-0.91%，其特征在于:所述壓電陶瓷的組成為:xPb(Fe1/2Ta1/2)O3IPb (Yb1/2Nb1/2)03-y (Pb0 90Ba0 05Sr0 05) (Zr0 54Ti0 46) 03+0.01 ?0.6wt.%U203+0.01 ?0.6wt.%LiNb03+0.01 ?0.9wt?%La203 ;其中，0.01 < x < 0.2 mol, 0.01 0.2 mol, 0.6 y 0.98 mol, x+m+y=l ；其中 Pb(Fel72Tal72)O3, Pb(Yb1/2Nb1/2)03, (Pb0.90Ba0.05Sr0.05) (Zra54Tia46)C LiNbO3 分別是采用常規(guī)的化學(xué)原料以固相法合成，U203、LiNbO3和La2O3的添加量分別為xPb (Fe1/2Ta1/2)03-mPb (Ybl72Nbl72) 03-y (Pb0.90Ba0.05Sr0.05) (Zra54Tia46)O3 質(zhì)量的 0.θ θ.6%、0.θ θ.6% 和0.0I?0.9%。
2.如權(quán)利要求1所述的一種超聲接收型換能器用壓電陶瓷，其特征在于:所述的Pb (Fel72Tal72) O3的制備過(guò)程包括:將常規(guī)的化學(xué)原料Pb3O4和Fe2O3和Ta2O5按1/3: 1/4: 1/4摩爾比配料，研磨混合均勻后放入氧化鋁坩堝內(nèi)于850°C、00°C保溫120分鐘，固相反應(yīng)合成Pb(Fe1/2Ta1/2)03,冷卻后研磨過(guò)200目篩,備用。
3.如權(quán)利要求1所述的一種超聲接收型換能器用壓電陶瓷，其特征在于:所述Pb (Ybl72Nbl72) O3的制備過(guò)程包括:將常規(guī)的化學(xué)原料Pb3O4和Yb2O3和Nb2O5按1/3: 1/4: 1/4摩爾比配料，研磨混合均勻后放入氧化鋁坩堝內(nèi)于850°C、00°C保溫120分鐘，固相反應(yīng)合成Pb(Yb1/2Nb1/2)03，冷卻后研磨過(guò)200目篩，備用。
4.如權(quán)利要求1所述的一種超聲接收型換能器用壓電陶瓷，其特征在于:所述壓電陶瓷的組成為:xPb (Fel72Tal72) 03-mPb (Yb1/2Nb1/2) 03-y (Pb0.90Ba0.05Sr0.05) (Zra54Tia46)03+0.03?0.5wt.% U203+0.05?0.5wt.%LiNb03+0.05?0.7wt.%La203 ;其中，0.05 x 0.15mol, 0.05 m 0.15 mol, 0.70 y 0.9 mol, x+m+y =1。
5.如權(quán)利要求1所述的一種超聲接收型換能器用壓電陶瓷，其特征在于:所述壓電陶瓷的組成為:xPb (Fe172Ta172) 03-mPb (Yb1/2Nb1/2) 03-y (Pb0.90Ba0.05Sr0.05) (Zra54Tia46)O3+0.05?0.4wt.% U203+0.09?0.4wt.%LiNb03+0.08?0.6wt.%La203 ；其中，0.08 x 0.13mol, 0.08 m 0.13 mol, 0.74 y 0.84 mol, x+m+y =1。
【文檔編號(hào)】C04B35/493GK103435346SQ201310373683
【公開(kāi)日】2013年12月11日 申請(qǐng)日期:2013年8月26日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月26日
【發(fā)明者】黃新友, 高春華, 李軍 申請(qǐng)人:江蘇大學(xué)