[其他]钛酸铋钠钡系超声用压电陶瓷材料

说明书

本发明是一种新的二元系统压电陶瓷材料。该 类材料具有比Na_0.5Bi_0.5TiO₃-K_0.5Bi_0.5TiO₃系陶 瓷更大的K_t/K_p比值(Kt：厚度机电耦合系数，K_p： 径向机电耦合系数)，更小的介电系数同时具 有高的厚度振动频率常数(N_t)，较低的体积密度和 厚度振动机械品质因素特别适合超声换能器 用；而且该材料的制造工艺简单，成本低，不含引起公 害的成分。

1963年，坂田好-郎研究了BaTiO₃- Na_0.5Bi_0.5TiO₃系富钡区、1967年坂田、大原研究了 Na_0.5Bi_0.5TiO₃-PbTiO₃系的铁电压电性能，但是， 都没有获得有实用价值的材料。近年，本发明人研 究了Na_0.5Bi_0.5TiO₃-K_0.5Bi_0.5TiO₃系富钠区陶瓷， 获得了K_t：0.485 K_p：0.255、N_t：2670 Hz·m、105的有价值的超声用压电材料。由于 现代超声技术要求有更清晰的图象、更高的分辨率， 工作频率也日益提高，希望换能器材料有更大的 K_t/K_p比值和更低的和PZT基陶瓷、铌酸 钾钠和铌酸钠锂陶瓷的K_t/K_p比值都不大。 PbTiO₃和偏铌酸铅虽符合上述条件，但前者的太 大，后者的K_t偏低，而且烧结性很差，在超声探伤和 医学超声工程中应用都不甚满意。另外，在工艺方 面，PZT陶瓷因PbO挥发，必须用刚玉坩埚密封烧 结，这引起产品一致性差，成本高，特别是铅引起公 害，增加防护费用。铌酸盐陶瓷则原料太贵。

本发明的目的在于寻找一种完全不含铅的具有 比Na_0.5Bi_0.5TiO₃-K_0.5Bi_0.5TiO₃系更大K_t/K_p比 值，更低的和成本低，无公害的压电陶瓷材料 系统。

本发明提供一个压电陶瓷材料系统，组成为 XNa_0.5Bi_0.5TiO₃-(1-x)BaTiO₃，其中X为 0.80～0.99克分子(富钠区)。另外，还分别添加或 不添加0.1～3％(重量)的MnO₂，Cr₂O₂，NiO和 Fe₂O₃等改性添加物优先推荐范围是X为 0.89～0.99克分子。

用TiO₂、Bi₂O₃，无水碳酸钠，碳酸钡和上述添加 物作原料(除TiO₂，碳酸钡为工业一级外，其余原料 都是CP级)，配料，加无水酒精球磨混合6小时，干 燥后，在800～1150 ℃保温1～4小时合成，熟料用 球磨或气流粉碎法磨细，加粘合剂干压成型坯样，在 1080～1220℃在大气中敞开烧成，保温1～4小 时。然后磨成φ17×1mm的试样，被银，极化，按 IRE标准测量试样的压电参数。表1列出 Na_0 5Bi_0.5TiO₃-BaTiO₃系压电陶瓷部分配方及其 性能。表2列出最佳配方的主要铁电、压电参数。