[发明专利]锰锑掺杂的锆钛酸铅压电陶瓷

说明书

技术领域

本发明是关于以成分为特征的陶瓷组合物，尤其涉及Pb_1.02(Mn_1/3Sb_2/3)_x(Zr_0.47Ti_0.48)_(1-x)/0.95O₃，且x=0.01～0.07体系的压电陶瓷。

背景技术

压电陶瓷是经过人工极化处理的铁电陶瓷，具有压电效应。能够产生压电效应的材料有很多，包括压电陶瓷、压电单晶、压电半导体、压电高聚物、压电复合材料及压电液晶。目前，锆钛酸铅（PZT）压电陶瓷是使用最多的压电材料。压电材料由于具有反应快、精度高、抗干扰强度好等特点，受到国内外的广泛关注。目前已被开发应用于超声波电机、精密驱动器等方面，并在国防、生物医学、光电子、机械行业等方面获得了成功的应用。

在众多的应用领域中，功率型压电陶瓷的应用日益广泛。如近年来迅速兴起的大功率发射型超声换能器、水声换能器、压电变压器、功率型压电陶瓷振子、大功率金属超声焊接技术、超声CVD新工艺、集成电路生产中的超声CI煤接技术以及核电站配套的大功率(几十千瓦级)超声清洗工程等，均以高性能大功率压电陶瓷为基础。大功率压电陶瓷主要应用于高电压和高压力驱动。对于不同压电材料的应用领域，其压电参数也有不同的要求。作为大功率声电换能器件的材料主要运用于压电换能器，在实际应用中，以压电型大功率声电换能器的应用占主导地位，而大功率压电型换能材料又以压电陶瓷为主。适合于做换能器的压电陶瓷材料有三大类，第一类是用于机电和电声转换的陶瓷材料，这些压电陶瓷材料具有较高的机电祸合系数，在准静态下，若没有特宽和特窄的频率带宽要求，信号的幅度属于小到中等档次时则可以用这类压电陶瓷材料。这类材料内有介电常数分别为(1000～2000)和(2000～5000)两类。第二类材料为低Qm值宽带压电陶瓷材料。这类材料具有低Qm值的特点，可以制成性能特别优良的超声换能器，在材料测试设备和超声分析设备上，这些材料的介电常数有的很高，在3000左右，有的很低在300左右，这些材料的阻抗能和所需的频率相匹配。第三类材料是大功率压电陶瓷材料和引燃引爆压电陶瓷材料，一般的压电陶瓷，由于电畴的运动(滞后效应)的损耗随电场的强度和机械应力的变大而其损耗也急剧增大，而且越来越显著，在大功率下，陶瓷会发热，甚至被烧毁，在大功率陶瓷中，由于加进了特殊的掺杂物，电畴运动相对稳定了，陶瓷片能在大功率下正常工作。水声换能器可分为发射性和接收型以及收发兼有共三种。对于发射型换能器压电陶瓷材料，首先要满足大功率、高效率的要求，要求材料有高压电常数，高机电祸合系数和高介电常数，另一方面要求材料有高矫顽电场Ec，机械强度好，介电损耗tanδ，机械品质因数Qm。实践表明，可以通过适当的配方调整，使陶瓷的性能得到有效的控制，以适应不同应用。

PZT为钙钛矿结构，在居里温度以上为立方晶系，居里温度以下发生相转变，此时为三方相与四方相。目前的综合性能为：介电损耗约为0.3～0.4%，即介电损耗偏高；d₃₃为300～330pC/N,即压电系数偏小，因此其性能仍有进一步提升的空间，锰锑共掺杂有望改善其综合性能。

发明内容

本发明的目的，是解决锆钛酸铅压电陶瓷压电系数偏小、介电损耗偏高的弊端，在锆钛酸铅压电陶瓷材料的基础之上，进行合理的锰锑掺杂，提供了一种压电系数较高、损耗小的可应用于水声换能器的大功率压电陶瓷材料，

本发明通过如下技术方案予以实现。

一种锰锑掺杂的锆钛酸铅压电陶瓷，其化学计量式为：

Pb_1.02(Mn_1/3Sb_2/3)x(Zr_0.47Ti_0.48)_(1-x)/0.95O₃，式中x=0.01～0.07；

该锰锑掺杂的锆钛酸铅压电陶瓷的制备方法，具有如下步骤：

(1)配料