[发明专利]一种高灵敏度中功率“收/发”两用型压电陶瓷材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种高灵敏度中功率“收/发”两用型压电陶瓷材料及其制备方法，属于压电陶瓷技术领域。本发明的组成式为：x Pb(Mg_1/3Nb_2/3)0₃‑yPb(Mn_1/3Nb_2/3)0₃‑z Pb(Zr_mTi_1‑m)0₃；其中:0.01≤x≤0.08；0.01≤y≤0.08；0.8＜z＜1.0；x+y+z＝1；0.45≤m≤0.55。本发明的优点在于：采用本发明的材料配方和制备工艺，可以获得介电常数ε^T₃₃在520±12.5％，平面机电耦合系数Kp：0.53±6.0％，机械品质因数Qm≥500，d₃₃＝212±12.5％pC/N,g₃₃＝46.7mV·m/N，d₃₃·g₃₃：(9900±3.0％)×10^‑15C·V·m/N²，泊松比σ＝0.28的压电陶瓷材料。本发明材料具有灵敏度高(g₃₃＝46.7)、介电常数低及中功率(Qm≥500)等特点，是一种性能优良的“收/发”两用型压电陶瓷材料。

技术领域

本发明属于压电陶瓷技术领域，主要是一种高灵敏度中功率“收/发”两用型压电陶瓷材料及其制备方法。

背景技术

超声测量在工业生产中占有相当重要的地位，特别是在电力、化工、石油、煤炭等行业有着广泛的应用。由于工业原料常常是易挥发、强腐蚀、有毒性的物质，传统的接触式测量虽然操作简单，但往往因粘联、腐蚀等问题影响测量的准确性，超声测量作为一种典型的非接触测量受到业界的高度关注；

换能器是超声测量的关键部件，它担负着超声的发射和接收任务，按应用类型可以分为发射型、接收型以及收/发两用型；其中收/发两用型能够自动实现机械能和电能之间的相互转化，具有发射、接收信号于一体的特有属性，能够更好地满足市场对于超声测量智能化、小型化的应用需求；

在收发两用型换能器中，其核心部件压电陶瓷要在发射脉冲宽度时间内承受高的激励电压以产生足够的声源级，发射之后要在数毫秒时间内阻尼到接近静止状态，准备响应反射回来的微弱声波并将之转换成电信号，希望电—声、声—电转换效率都比较高，这就要求有源元件压电陶瓷的压电应变系数d₃₃及压电电压系数g₃₃要高，同时其乘积d₃₃·g₃₃也要高，并且具有高的机械品质因数Qm和低泊松比σ^E；目前大部分厂家及科研机构的收发两用型换能器使用的是传统掺杂得到的PZT4或PZT5系列材料；PZT4材料机械品质因数Qm高，发射功率高，但压电应变系数d₃₃低；PZT5材料压电应变系数d₃₃高，但机械品质因数Qm低，发射功率低，上述两种材料均不能很好地满足收/发两用型换能器对压电陶瓷材料的性能需求，因而开发一种收\发两用型压电陶瓷材料显得尤为必要。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术中存在的问题，而提供一种高灵敏度中功率“收/发”两用型压电陶瓷材料及其制备方法，主要应用于超声测量方面。