[发明专利]一种压电陶瓷材料及高稳定性超声换能器

说明书

本发明涉及电子陶瓷材料领域，具体为一种压电陶瓷材料及高稳定性超声换能器，由以下化学结构式表示：Pb(Zr_aTi_1‑a)_x(Mn_bSb_1‑b)_1‑xO₃‑αwt％碳纳米材料‑βwt％In₂O₃，所制备的压电陶瓷材料的压电性能优异，机电耦合系数kp≥0.80，介电损耗≤0.16×10^‑2，压电应变常数d₃₃≥620，机械品质因数Qm≥872，作为超声换能器的压电陶瓷元件使用，可以提高超声换能器的稳定性，延长使用寿命。

技术领域

本发明涉及电子陶瓷材料领域，具体为一种压电陶瓷材料及高稳定性超声换能器。

背景技术

超声换能器的结构包括位于中央的压电陶瓷元件、前后金属盖板、预应力螺杆、电极片以及绝缘管。其在负荷变化时能产生稳定的超声波，是获得高功率超声波驱动源的最基本最主要的方法，在工业、农业、交通运输、生活、医疗及军事等领域有广泛应用前景。

超声换能器结构中的压电陶瓷元件对其性能有着决定性的影响，也直接决定了超声换能器是否具有高稳定性，要提高超声换能器的稳定性，就需要提高压电材料的机电耦合系数和机械品质因素，并降低介质损耗，这个发展方向也是超声换能器朝着小型化、高性能化和高可靠性的发展要求。

发明内容

发明目的：针对上述技术发展趋势，本发明提供了一种压电陶瓷材料及高稳定性超声换能器。

所采用的技术方案如下：

一种压电陶瓷材料，由以下化学结构式表示：

Pb(Zr_aTi_1-a)_x(Mn_bSb_1-b)_1-xO₃-αwt％碳纳米材料-βwt％In₂O₃

a、b、x表示摩尔比；

α、β分别表示碳纳米材料和In₂O₃占Pb(Zr_aTi_1-a)_x(Mn_bSb_1-b)_1-xO₃的质量百分数；

a为0.4-0.6，b为0.25-0.45，x为0.90-0.99；

α为1-4，β为0.2-0.5。

进一步地，a为0.50-0.55，b为0.3-0.4，x为0.95-0.98。

进一步地，a为0.53，b为0.33，x为0.98。

进一步地，α为2-3，β为0.25-0.3。

进一步地，α为2，β为0.25。

进一步地，所述碳纳米材料为第Ⅲ主族元素和/或第Ⅴ主族元素掺杂的石墨烯和/或碳纳米管。

进一步地，所述碳纳米材料为硼和/或氮掺杂的石墨烯和/或碳纳米管。

进一步地，所述碳纳米材料为氮掺杂的石墨烯。

本发明还提供了上述压电陶瓷材料的制备方法：