專利名稱:低Qm的鈦酸鉛壓電陶瓷材料及其工藝的制作方法
本發(fā)明屬于一種鈦酸鉛壓電陶瓷的改性及其工藝。
金屬探傷、巖體探傷以及醫(yī)學(xué)超聲均需要寬帶窄脈沖超聲探頭，而制做這種探頭要求壓電換能材料的機(jī)械品質(zhì)因數(shù)越低越好，同時(shí)又要求壓電材料的橫向機(jī)電耦合系數(shù)KP盡量小，而要求縱向機(jī)電耦合系數(shù)Kt盡量大。呈現(xiàn)Kt＞＞KP的特性。
對(duì)于上述要求一般壓電陶瓷材料是不能滿足的;例如PZT-5A Qm＝75 Kp＝0.60 Kt＝0.49，這樣的材料不但Qm值太大了，而且Kp與Kt又太相近了(見O.E.Mattiat，Ultrasonic Transducer Materials)。
現(xiàn)有的鈦酸鉛壓電陶瓷雖然具有Kt＞＞KP的寶貴特點(diǎn)，但是它的機(jī)械品質(zhì)因數(shù)太大了，一般都在幾百至一千的范圍內(nèi)。文獻(xiàn)“Effects of additives on Piezoelectric and related Properties of PbTiO3Ceramics”。中介紹摻加氧化釓(Gd2O3)的鈦酸鉛陶瓷Qm＝72 K33＝0.028 KP＝0.044，而摻加氧化鈮(Nb2O5)的鈦酸鉛陶瓷Qm＝70 K33＝0.16，KP＝0.06;能得到Qm＝70的鈦酸鉛陶瓷是可貴的，但是由于Qm＝70對(duì)超聲探傷換能探頭來(lái)說(shuō)仍不滿足，并且K33也并非遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于KP。因此上述兩種鈦酸鉛材料不能滿足超聲探傷的要求(見I.UedaEffects of a additives on Piezoelectric and related Properties of PbTiO3Ceramics，Japan.J.appl.Phys.11.450(1972).)。
偏鈮酸鉛PbNb2O6壓電陶瓷材料在所有的材料中Qm最低，Qm＝11 Kt＝0.37 KP＝0.07，這種材料不但Qm低，同時(shí)Kt＞＞KP這樣的材料是可以滿足超聲探傷探頭的要求的;但是偏鈮酸鉛材料制造是困難的，很難得到成品，不能進(jìn)行批量生產(chǎn)。偏鈮酸鉛所用的原料氧化鈮Nb2O5價(jià)錢昂貴，這對(duì)實(shí)際推廣應(yīng)用是很不利的。
本發(fā)明的目的是提供一種低Qm的改性鈦酸鉛壓電陶瓷。它不但具有很低Qm值，同時(shí)它的Kt＞＞KP，這種材料很容易制造，制造成本低投資少，合于批量生產(chǎn)，所以本發(fā)明克服了上述諸材料的缺點(diǎn)，而成為滿足制造寬帶窄脈沖探頭的優(yōu)良?jí)弘娞沾刹牧稀?br>本發(fā)明是由鈦酸鉛、稀土金屬氧化物、二氧化猛所組成。其配方如下Pb(1-x)TiO3+1.27克分子%稀土金屬氧化物+0.9克分子%二氧化猛其中Pb的注腳為克分子數(shù)。0.02≤x≤0.17，稀土金屬氧化物可以是氧化
或氧化釤或氧化鈰。添加物分子式分別是氧化
-La2O3氧化釤-Sm2O3，氧化鈰-CeO2二氧化猛 MnO2。
本發(fā)明的最佳實(shí)例Pb(1-x)TiO3+1.27克分子%氧化
La2O3+0.9克分子%二氧化猛MnO2其中X＝0.14。
本發(fā)明配方中所用原料均采用化學(xué)試劑，按配方稱料，采用振動(dòng)球磨機(jī)進(jìn)行予燒前和予燒后的兩次細(xì)磨，兩次均細(xì)磨五小時(shí)，料斗中料與球重量之比為1∶5。予燒溫度為850℃保溫兩小時(shí)。
粘合劑采用食用明膠水溶液，濃度為5%，用量為粉料重量的5%成型制成φ20mm園片，成型壓力為0.5噸/厘米2切勿排除粘合劑，成型后直接燒成，燒成溫度1215℃～1230℃，保溫1.5小時(shí)將燒制成的園片研磨成1mm厚，上電極，在180℃的硅油中極化，采取階梯式升壓方法，每次加壓1KV/mm，每次保持5分鐘然后繼續(xù)升壓，最后升至4KV/mm保持15分鐘后取下。
采用本發(fā)明的壓電陶瓷材料制成的超聲探頭，其特點(diǎn)是帶寬、脈沖窄，頻率特性曲線光滑，其電氣性能如下Kt＝0.43，KP＝0.08 Qm＝10～15，厚度振動(dòng)基頻的波形呈一個(gè)光滑的一次振蕩波形。
權(quán)利要求
1.一種用于超聲探傷的低Qm值的壓電陶瓷材料，其特征是由鈦酸鉛(PbTiO3)，稀土金屬氧化物(La2O3或Sm2O3或CeO2)和二氧化錳(MnO2)所組成的壓電陶瓷材料。
2.按照權(quán)利要求
1所述的壓電陶瓷材料，其特征在于所說(shuō)的稀土金屬氧化物為含有1.27克分子%的氧化
(La2O3)或是其他稀土金屬氧化物如氧化釤(Sm2O3)或氧化鈰(CeO2)。
3.按照權(quán)利要求
1所述的壓電陶瓷材料，其特征在于所說(shuō)的二氧化猛是指含有0.9克分子%的二氧化猛(MnO2)。
4.按照權(quán)利要求
1所述的壓電陶瓷材料，其特征在于所說(shuō)的鈦酸鉛其組成為Pb(1-x)TiO3其中0.02≤x≤0.17而以X＝0.14為最佳。
5.一種用于制造權(quán)利要求
1所述的壓電陶瓷材料的工藝，其特征在于采用予燒前后的兩次細(xì)磨，添加粘合劑后加壓成型，直接燒成和階梯式極化的工藝。
6.按照權(quán)利要求
5所述的工藝，其特征在于所述粘合劑采用濃度為5%的食用明膠水溶液，其用量為粉料重量的5%。
7.按照權(quán)利要求
5所說(shuō)的工藝，其特征在于所述的細(xì)磨，是在予燒前后均采用細(xì)磨5小時(shí)。
8.按照權(quán)利要求
5所述的工藝，其特征在于所述的予燒是指在850℃的條件下，保溫2小時(shí)。
9.按照權(quán)利要求
5所述的工藝，其特征在于所述的加壓成型，其壓力為0.5噸/厘米2。
10.按照權(quán)利要求
5所述工藝，其特征在于所說(shuō)的燒結(jié)工藝，是不排粘合劑而直接燒成，燒成溫度1215℃至1230℃的范圍，并且保溫1.5小時(shí)。
11.按照權(quán)利要求
5所述的工藝，其特征在于所述的極化，是在180℃的硅油中進(jìn)行，并采用階梯式加電壓的方法，每次加壓1KV/mm在保持5分鐘后繼續(xù)升壓，直至4KV/mm并在上述電壓下保持15分鐘。
專利摘要
一種低Q
文檔編號(hào)C04B35/46GK85100705SQ85100705
公開日1986年8月6日 申請(qǐng)日期1985年4月1日
發(fā)明者王世長(zhǎng) 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院聲學(xué)研究所導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan