[发明专利]一种超声发射型换能器用压电陶瓷材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及无机非金属材料技术领域，特指一种超声发射型换能器用压电陶瓷材料及其制备方法，它采用常规的固相法压电陶瓷的制备方法，利用普通化学原料,制备得到高稳定高压电性能压电陶瓷，该压电陶瓷适合于制备超声发射型换能器。  

背景技术

压电陶瓷具有优良的压电效应，是功能陶瓷中应用非常广泛的一类，如传感器、换能器、滤波器等，在国民经济和国防工业中发挥着重要的作用，由于无铅压电陶瓷的压电性能与锆钛酸铅基压电陶瓷的压电性能相差很大，目前，制作超声换能器等器件主要是锆钛酸铅基压电陶瓷，有的压电性能好，但是其时间稳定性较差，由于时间的延长，容易产生谐振频率的较大漂移，相对带宽的较大的变化，很难满足高压电性能和高时间稳定性的要求；有的压电性能不太好，有的介电常数较低，有的介质损耗较大，有的机械品质因素较低，满足不了超声发射型换能器等器件的要求；为了改进压电陶瓷材料的性能，常采用两种途径：一是通过在基体材料中加入第三元或第四元以形成新材料来达到改性的目的；二是根据不同掺杂离子对材料性能的影响不同，对材料进行掺杂改性；本发明得到高时间稳定高压电性能的铁酸铋锆钛酸铅三元系压电陶瓷，能用于制备超声发射型换能器等器件；一般情况下，锆钛酸铅压电陶瓷的烧结温度在1260℃~1280℃，本发明的压电陶瓷的烧结温度为1000~1030℃左右，这样大大的降低能耗，节约成本，同时能抑制氧化铅的挥发。  

发明内容

本发明的目的是这样来实现的：

一种超声发射型换能器用压电陶瓷，其配方为：xBiFeO₃ -y(Pb_0.90Ba_0.05Sr_0.05)(Zr_0.54Ti_0.46)O₃+0.01~0.6wt.%Cr₂O₃+0.01~0.7wt.%MnO₂+0.01~

0.9wt.%Fe₂O₃+0.01~6wt.%(0.15B₂O₃-0.125Bi₂O₃-0.45CdO)玻璃粉（简称：BBC玻璃粉）；其中，0.005≤x≤0.2 mol，x+y=1；其中BiFeO₃、(Pb_0.90Ba_0.05Sr_0.05)(Zr_0.54Ti_0.46)O₃和(0.15B₂O₃-0.125Bi₂O₃-0.45CdO)玻璃粉分别是采用常规的化学原料以固相法合成。

Cr₂O₃、MnO₂、Fe₂O₃和BBC玻璃粉的添加量分别为xBiFeO₃-y(Pb_0.90Ba_0.05Sr_0.05)(Zr_0.54Ti_0.46)O₃质量的0.01~0.6%、0.01~0.7%、0.01~0.9%和0.01~6%。

所述压电陶瓷的介电常数为1293-1312，机械品质因素（Q_m）为1020-1086，径向机电耦合系数（K_p）为0.64-0.67，压电应变常数(d₃₃)为 308-325pC/N，谐振频率时间稳定性好，老化200小时后其变化率（t_fr）为0.002%-0.004%，介质损耗(tanδ)为0.032%-0.043%。