压电陶瓷材料及其制备方法技术

技术编号:10015149 阅读:152 留言:0更新日期:2014-05-08 10:23
本发明专利技术公开了一种压电陶瓷材料及其制备方法,化学通式为:Pb1-xMx(Sb1/2Nb1/2)y(Mn1/3Sb2/3)z(ZreTif)1-y-zO3+awt.%Fe2O3+bwt.%Sm2O3+cwt.%MnO2+dwt.%Al2O3,其中,M为Sr2+和/或Ba2+;x=0.02~0.1,y=0.01~0.1,z=0.01~0.1,e=0.40~0.60,f=0.40~0.60且满足e+f=1;a=0~0.4,b=0~0.5,c=0~1.0,d=0~1.0且Fe2O3、Sm2O3、MnO2和Al2O34种掺杂物中至多1种掺杂物的含量为0。本发明专利技术的压电陶瓷材料的主要性能为:d33=210pC/N,ε33T/ε0=585,tanδ=0.20%,kp=0.56,kt=0.54,Qm=1210。相对于一般的功率发射型压电陶瓷材料,本发明专利技术的压电陶瓷材料具有较低的介电常数、较小的介电损耗同时具有较高的机械品质因数和机电耦合系数,是一种性能优良的低介电常数、高机械品质因数功率发射型压电陶瓷材料。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种,化学通式为:Pb1-xMx(Sb1/2Nb1/2)y(Mn1/3Sb2/3)z(ZreTif)1-y-zO3+awt.%Fe2O3+bwt.%Sm2O3+cwt.%MnO2+dwt.%Al2O3,其中,M为Sr2+和/或Ba2+;x=0.02~0.1,y=0.01~0.1,z=0.01~0.1,e=0.40~0.60,f=0.40~0.60且满足e+f=1;a=0~0.4,b=0~0.5,c=0~1.0,d=0~1.0且Fe2O3、Sm2O3、MnO2和Al2O34种掺杂物中至多1种掺杂物的含量为0。本专利技术的压电陶瓷材料的主要性能为:d33=210pC/N,ε33T/ε0=585,tanδ=0.20%,kp=0.56,kt=0.54,Qm=1210。相对于一般的功率发射型压电陶瓷材料,本专利技术的压电陶瓷材料具有较低的介电常数、较小的介电损耗同时具有较高的机械品质因数和机电耦合系数,是一种性能优良的低介电常数、高机械品质因数功率发射型压电陶瓷材料。【专利说明】
本专利技术属于材料
,具体涉及一种。
技术介绍
随着现代科学技术的迅猛发展,压电陶瓷材料的研究越来越深入,应用也越来越广泛。近年来,压电陶瓷材料在医学方面的应用也不断拓展,从医学检测、诊断到治疗,压电陶瓷作为系统的核心部件发挥了重要作用。其中超声骨折治疗仪(Sonic AcceleratedFracture Healing System)就是近年来发展起来的骨质愈合康复治疗设备。它用于除卢页骨及脊柱之外骨不连的非植入性治疗,也可以用于成年人经过闭合复位和石膏固定骨科治疗的新形成闭合性后部远端末梢骨折或一级开放性胫骨骨干骨折,促进患部愈合。超声骨折治疗是一种非介入式治疗,它产生的低强度超声波能量由超声耦合胶传送到骨折部位,能加快新鲜骨折的愈合,对骨折延迟愈合和骨不连也有很好的疗效。超声骨折治疗仪的核心工作部件是压电陶瓷换能器,其换能器设计时采用压电陶瓷的厚度方向振动模式,它产生的超声波能量通过超声耦合胶传送到骨折部位,它要求超声波能量强度不能太大,同时又能很好地传送到骨折部位,这就要求压电陶瓷具有具有较低的介电常数,较小的介电损耗同时具有较高的机械品质因数和机电耦合系数,这将对压电陶瓷的研究提出新的挑战。具有低的介电常数、较小的介电损耗同时具有较高的机械品质因数的压电陶瓷往往机电耦合系数比较低;而机电耦合系数高的压电陶瓷介电系数又比较大,这在材料组成设计和材料制备工艺方面往往比较难实现。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术的压电陶瓷材料在具有较低介电常数、较小介电损耗的情况下,无法同时兼顾有较高的机械品质因数和机电耦合系数的技术问题,目的在于提供一种新的压电陶瓷材料。本专利技术采用 铌锑酸铅、锑锰酸铅和锆钛酸铅(PZT)复合固溶,同时掺杂多种元素如添加Fe203、Sm2O3、MnO2和Al2034种中的至少3种,对压电陶瓷材料进行改性,获得具有较低介电常数、较小介电损耗又同时兼顾有较高的机械品质因数和机电耦合系数的优异性能的压电陶瓷材料。本专利技术的压电陶瓷材料,其化学通式为=PlvxMx(Sbl72Nbl72) y (Mnl73Sb273) z (ZreTif)z03+awt.%Fe203+bwt.%Sm203+cwt.%Mn02+dwt.%A1203,其中,M为 Sr2+ 和 / 或 Ba2+ ;x=0.02 ~0.1, y=0.01 ~0.1, z=0.01 ~0.1, e=0.40 ~0.60, f=0.40 ~0.60 且满足e+f=l ;a=0 ~0.4,b=0 ~0.5,c=0 ~1.0, d=0 ~1.0 且 Fe2O3' Sm2O3^MnO2 和 Al2034 种掺杂物中至多I种掺杂物的含量为0,其中,wt.% 是以 PVxMx(Sb1Z2Nb1Z2)y(Mnv3Sb2Z3)z(ZreTif)1TzO3 为 100% 进行计算,而不是以PlvxMx (Sb1/2Nb1/2) y (Mn1/3Sb2/3) z (ZreTif)卜y_z03+awt.%Fe203+bwt.%Sm203+cwt.%Mn02+dwt.%A1203 为 100% 计算。在本专利技术的一较佳实施例中,a=0.01~0.4,b=0.02~0.5,c=0.02~1.0,d=0.01 ~1.0。在本专利技术的另一较佳实施例中,M为Sr2+和Ba2+时,Sr2+和Ba2+的摩尔比为2:5。在本专利技术中,较佳地是,x=0.07,y=0.01 ~0.05,z=0.01 ~0.04,e=0.50 ~0.55,f=0.45 ~0.50 且满足 e+f=l ;a=0.01 ~0.06,b=0.02 ~0.2,c=0.02 ~0.1,d=0.01 ~0.05 ;更佳地是,x=0.07,y=0.01 ~0.02,z=0.01 ~0.02,e=0.50 ~0.55,f=0.45 ~0.50且满足 e+f=l ;a=0.01 ~0.06, b=0.02 ~0.1,c=0.02 ~0.1,d=0.01 ~0.05。本专利技术的压电陶瓷材料具体有如下几种:Pb0.93Sr0.Q2Ba0.05 (Sb1Z2Nb1/2) 0.01 (Mn1Z3Sb2Z3) 0.02 (Zr。.545T10.455) 0.97〇3+0.02wt.%Fe203+0.lwt.%Sm203+0.06wt.%Mn02+0.01wt.%A1203 ;Pb。.93Sr0.Q2Ba0.05 (Sbl7Z2Nbl7Z2) 0.005 (Mn1Z3Sb2Z3) 0.015 (Zr。.545!?.455) 0.9803+0.02wt.%Fe203+0.lwt.%Sm203+0.06wt.%Mn02+0.01wt.%A1203 ;Pb0 93Sr0_ 05 (Sb1Z2Nb 1/2) 0.01 (Mn1Z3Sb2Z3) 0.02 (Zr0 545TiQ.455) Q.9703+0.02wt.%Fe203+0.lwt.%Sm203+0.05wt.%Mn02+0.01wt.%A1203。本专利技术的另一目的在于提供一种制备本专利技术的压电陶瓷的方法,该方法包括如下步骤:步骤A)按照化学计量比称取 Pb304、ZrO2, TiO2, SrCO3> BaCO3> MnCO3> Sm2O3> Sb203、Fe2O3> Nb2O5和Al2O3原料粉末,用湿法球磨工艺球磨6~10小时得到球磨混料,其中,原料粉末:球:水的质量比为1:1.2~1.8:0.6~1.0优选地为1:1.5:0.8 ;步骤B)将球磨混料烘干后进行压块,然后于600°C~750°C优选650°C合成I~4小时优选2小时,再升温至800~900°C优选850°C合成I~4小时优选2小时;步骤C)粉碎后再用湿法球磨工艺细磨12~48小时优选24小时,其中,原料粉末:球:水的质量比为1: 1.8~2.2:0.4~0.8优选为1:2:0.6,烘干后加入以原料粉末重量计6wt%的浓度为9%的粘结剂,造粒并于150~200MPa优选150MPa下成型,再于800°C排塑I小时;步骤D)最后于1260~1320°C优选1280°C例如置本文档来自技高网
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【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员:李玉臣董显林姚烈
申请(专利权)人:中国科学院上海硅酸盐研究所
类型:发明
国别省市:

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