[发明专利]低频率常数改性偏铌酸铅压电陶瓷材料及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明主要涉及一种低频率常数改性偏铌酸铅压电陶瓷材料及其制备方法和应用，属于陶瓷组成与制备领域。

背景技术

目前全世界约有2亿人患有骨质疏松症，其发病率已居各种常见疾病的第七位。现中国有1.43亿60岁以上老人，近1亿骨质疏松患者。上海市60岁以上老人中，骨质疏松症的发病率女性为75.5%，男性为24.9%，其中60岁以上人群的骨质疏松发病率约50%。骨质疏松症已成为老龄化社会中影响健康的一个严重问题。超声透射法作为一种安全，便捷，准确的检测骨质密度的方法对于早期诊断骨质疏松症，预测骨折的危险性和评估干预措施的效果具有重要意义。

超声骨密度测定仪采用声波透射原理来检测人体的骨质情况，具有检查速度快、诊断安全、准确、检查方式方便、科学、评价依据可靠等特点。同时，考虑到随着生活质量的提高，人们会对自身的健康越来越关注，超声骨密度仪必将成为一种保健产品进入家庭，从这一点上来说，超声骨密度仪蕴藏着更宽广的市场前景。

骨密度仪的核心部件是超声换能器，本发明人着手于骨密度仪用超声换能器的研制，从压电陶瓷材料配方设计到匹配、背衬、粘贴工艺以及声学测试系统等方面进行了大量的研究。

骨密度仪超声换能器的核心部件是符合要求的压电陶瓷，本发明人根据换能器对材料的要求，以偏铌酸铅为主体，进行复合添加改性，最终完全达到骨密度仪超声换能器的使用要求。目前国内还未发现有此类换能器，相应的这种低频率常数改性偏铌酸铅压电陶瓷材料国内也未见报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种低频率常数改性偏铌酸铅压电陶瓷材料及其制备方法和应用。

在此，一方面，本发明提供一种低频率常数改性偏铌酸铅压电陶瓷材料，其化学组成为：xPb_1-m-n(La_m·Sr)Nb₂O₆+y(y₁PbTiO₃+y₂BiScO₃)+pwt%CeO₂+qwt%SiO₂+uwt%Ta₂O₅，式中，0.001≤x≤1，0.001≤y≤1，x+y=1，0.01≤m+n≤0.5，0.001≤p≤2，0.001≤q≤2，0.001≤u≤2，0.6≤y₁≤0.7，0.3≤y₂≤0.4，y₁+y₂=1。其中y₁优选为0.64，y₂优选为0.36。

性能测试表明本发明的压电陶瓷材料的介电常数ε₃₃^T/ε₀=600±20，介电损耗tanδ≤0.5%，居里温度T_c≥389℃，压电系数d₃₃≥158pC/N，机电耦合系数0.40≤Kt≤0.42，频率常数1350≤Nt≤1364。以上性能测试结果表明所述压电陶瓷材料具有高的压电活性和稳定性。

另一方面，本发明还提供所述低频率常数改性偏铌酸铅压电陶瓷材料的制备方法，包括配料、一次球磨、合成、二次球磨、成型、烧结、极化工序，且以Pb₃O₄、TiO₂、SrCO₃、Nb₂O₅、Ta₂O₅、Sc₂O₃、Bi₂O₃、La₂O₃、SiO₂、CeO₂为原料，按化学计量比进行所述配料。

在本发明中，所述压电陶瓷材料采用PbTiO₃-BiScO₃和PbNb₂O₆复合，可提高材料的压电活性和稳定性。