[发明专利]利用声速判定压电陶瓷相变的方法

说明书

技术领域

本发明涉及利用超声波进行材料相变的方法，尤其是对陶瓷材料的相变的判定方法。

背景技术

相变是一种复杂的热力学、动力学、结晶学过程，通常是指在某种外因（温度、压力、磁场、电场等）的作用下结晶系统的结构发生变化。随着相变，材料的许多宏观物理特征（如体积、介电常数、介电损耗、折射率等）往往出现异常变化。现在判定相变目前最常用的检测方法有光学显微镜、扫描电子显微镜、X 射线衍射和透射电子显微镜。但是这些方法不够直接，无法实现实时判定。

声速是声学的一个基本参量，它可以反映材料的材料特性，可望反映材料的状态和结构变化。

发明内容

本发明的目的是：提出一种利用声速判定压电陶瓷相变的方法，采用超声的方法无损检测材料的相变，即采用测量材料的声速随温度的变化来检测材料的相变。尤其是对BZT压电陶瓷 （BZT-7（BaZr_0.07Ti_0.93O₃）和BZT-15（BaZr_0.15Ti_0.85O₃））利用声速判定其相变的方法。

本发明的技术方案：利用声速判定压电陶瓷相变的方法，利用材料的声速与材料的结构变化的敏感性，材料在温度变化后结构发生改变，从而产生相变，在此过程中声速发生明显的变化；

进行精确的测量声速随温度的变化，因此对系统对温度的响应进行修正。声速的测量方法：利用声速判定压电陶瓷相变的方法，采用超声的方法无损检测材料的相变，即采用测量材料的声速随温度的变化来检测材料的相变。通过发射和接收超声换能器，通过测量声波在样品的传播时间和样品的长度，测量材料的声速，通过声速与温度的变化来判定材料的相变。对BZT压电陶瓷 （典型的如BZT-7（BaZr_0.07Ti_0.93O₃）和BZT-15（BaZr_0.15Ti_0.85O₃））利用声速判定其相变的方法，其温度的变化导致声速变化率的参数如下：温度每1℃的变化使声速的变化大于300m/s。

本发明利用材料的声速与材料的结构变化的敏感性，材料在温度变化后结构发生改变，从而产生相变，在此过程中声速发生明显的变化。

本发明有益效果是：通过声学方法来测量陶瓷声速随温度的变化，寻求陶瓷声速随温度变化与相变温度之间的的关系。此方法的特点是无损和实时，方法简单易行。这里主要针对一些相变温度较低的陶瓷材料，主要包括钛酸铋钠Na_0.5Bi_0.5TiO₃ (简称NBT）和锆钛酸钡BaZrTiO₃(简称BZT)，它们均为重要的无铅压电陶瓷。传统的压电陶瓷在制备过程中存在着铅（Pb）的挥发, 不仅使陶瓷的化学计量比偏离, 还会对环境造成污染。发展非铅基的压电铁电陶瓷, 是一项具有重大现实意义的课题。目前, 有关NBT和BZT系陶瓷的研究已成为无铅压电陶瓷研究领域的热点。由于陶瓷材料在相变点处在相界附近材料具有优良的压电和介电性能，因此准确和实时判定相变显得特别的重要。尤其是对BZT压电陶瓷 （BZT-7（BaZr_0.07Ti_0.93O₃）和BZT-15（BaZr_0.15Ti_0.85O₃））利用声速判定其相变的方法。BZT-7陶瓷是一种重要的陶瓷，本发明可以提供一种极有效的研究手段。

附图说明

图1 为本发明实验装置图；

图2 为NBT陶瓷声速随温度的变化关系；

图3 BZT-7陶瓷声速随温度的变化关系；

图4 BZT-15陶瓷声速随温度的变化关系；

图5 NBT陶瓷介电常数K随温度变化；

图6 BZT-7陶瓷介电常数K随温度变化；

图7 BZT-15陶瓷介电常数K随温度变化。

具体实现方案

1 测量材料的声速