[发明专利]一种高介电常数高压电应变发射型压电陶瓷材料及制备方法

说明书

本发明公开了一种高介电常数高压电应变发射型压电陶瓷材料及制备方法，属于压电陶瓷制造技术领域。该压电陶瓷材料的组成可由下列化学通式来表示：Pb_1‑xSr_x[(Mg_1/3Nb_2/3)_a(Zn_1/3Nb_2/3)_b(Zr_yTi_1‑y)_1‑a‑b]O₃+mwt％Fe₂O₃，其中0≤x≤0.10，0.50≤y≤0.54，0.01≤a≤0.12,0.02≤a+b≤0.25,0≤m≤0.07。制备出的压电陶瓷材料具有高介电常数(ε_r3^T＝1800～2200)、高压电应变系数(3KV/mm电场下应变值Strain＝0.19％～0.22％，动态压电应变系数d^*₃₃`＝690±40pm/V)等优势,是一种综合性能优良的发射型压电陶瓷材料，能够满足发射换能器对压电陶瓷材料性能的多样化需求，在水声以及国防工业等领域将得到广泛应用。

技术领域

本发明属于压电陶瓷制造技术领域，主要是一种高介电常数高压电应变发射型压电陶瓷材料及制备方法。

背景技术

发射型压电陶瓷材料要求具有高耦合系数、高机械品质因数以及较小的介电损耗，同时，根据使用环境及工况不同对压电陶瓷材料的介电常数也有不同的需求。目前市面上制备发射换能器使用的最多的是P4、P8系列材料；P4材料耦合系数高，机械品质因数Q_m≥600，介电损耗低，介电常数适中(ε_r3^T＝1200～1500)，普遍应用于中功率发射换能器；P8材料耦合系数高，机械品质因数Q_m≥800，介电损耗低，介电常数较低(ε_r3^T＝800～1200)，常应用于大功率发射换能器；

随着国家需求越来越高，进而对水声换能器提出了更高的要求；压电陶瓷作为水声换能器的核心元件，须满足水声换能器多样化需求，如某型声纳换能器要求压电陶瓷要同时具备高介电常数、高压电应变、高耦合系数、低介电损耗及适中的机械品质因数等。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供一种高介电常数高压电应变发射型压电陶瓷材料及制备方法。

本发明的目的是通过如下技术方案来完成的。本发明通过在PZT二元系中引入Pb(Mg_1/3Nb_2/3)0₃、Pb(Zn_1/3Nb_2/3)0₃两种组元，并调整各组元配比，掺杂元素 Sr、Fe改性得到，为发射换能器的制备提供了一种高介电常数高压电应变压电陶瓷材料。本发明所述的一种高介电常数高压电应变发射型压电陶瓷材料，组成式为：Pb_1-xSr_x[(Mg_1/3Nb_2/3)_a(Zn_1/3Nb_2/3)_b(Zr_yTi_1-y)_1-a-b]O₃+mwt％Fe₂O₃，其中0≤x≤ 0.10，0.50≤y≤0.54，0.01≤a≤0.12,0.02≤a+b≤0.25,0≤m≤0.07。

所述压电陶瓷材料的介电常数ε_r3^T＝1800～2200，3KV/mm电场下应变值 Strain＝0.19％～0.22％，动态压电应变系数d^*₃₃＝690±40pm/V，机械品质因数Q_m≥400，平面机电耦合系数k_p≥0.57，介电损耗tgδ≤0.3％。