本发明专利技术涉及一种高灵敏度中功率“收/发”两用型压电陶瓷材料及其制备方法，属于压电陶瓷技术领域。本发明专利技术的组成式为：x Pb(Mg1/3Nb2/3)03-yPb(Mn1/3Nb2/3)03-z Pb(ZrmTi1-m)03；其中:0.01≤x≤0.08；0.01≤y≤0.08；0.8＜z＜1.0；x+y+z＝1；0.45≤m≤0.55。本发明专利技术的优点在于：采用本发明专利技术的材料配方和制备工艺，可以获得介电常数εT33在520±12.5％，平面机电耦合系数Kp：0.53±6.0％，机械品质因数Qm≥500，d33＝212±12.5％pC/N,g33＝46.7mV·m/N，d33·g33：(9900±3.0％)×10-15C·V·m/N2，泊松比σ＝0.28的压电陶瓷材料。本发明专利技术材料具有灵敏度高(g33＝46.7)、介电常数低及中功率(Qm≥500)等特点，是一种性能优良的“收/发”两用型压电陶瓷材料。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于压电陶瓷
，主要是一种高灵敏度中功率"收/发"两用型压电 陶瓷材料及其制备方法。
技术介绍
超声测量在工业生产中占有相当重要的地位，特别是在电力、化工、石油、煤炭等 行业有着广泛的应用。由于工业原料常常是易挥发、强腐蚀、有毒性的物质，传统的接触式 测量虽然操作简单，但往往因粘联、腐蚀等问题影响测量的准确性，超声测量作为一种典型 的非接触测量受到业界的高度关注； 换能器是超声测量的关键部件，它担负着超声的发射和接收任务，按应用类型可 W分为发射型、接收型W及收/发两用型；其中收/发两用型能够自动实现机械能和电能之 间的相互转化，具有发射、接收信号于一体的特有属性，能够更好地满足市场对于超声测量 智能化、小型化的应用需求； 在收发两用型换能器中，其核屯、部件压电陶瓷要在发射脉冲宽度时间内承受高的 激励电压W产生足够的声源级，发射之后要在数毫秒时间内阻尼到接近静止状态，准备响 应反射回来的微弱声波并将之转换成电信号，希望电一声、声一电转换效率都比较高，运就 要求有源元件压电陶瓷的压电应变系数d33及压电电压系数g33要高，同时其乘积d33 ?拓3 也要高，并且具有高的机械品质因数Qm和低泊松比OE;目前大部分厂家及科研机构的收 发两用型换能器使用的是传统渗杂得到的PZT4或PZ巧系列材料；PZT4材料机械品质因数 Qm高，发射功率高，但压电应变系数cU氏；PZT5材料压电应变系数d33高，但机械品质因数 Qm低，发射功率低，上述两种材料均不能很好地满足收/发两用型换能器对压电陶瓷材料 的性能需求，因而开发一种收\发两用型压电陶瓷材料显得尤为必要。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术中存在的问题，而提供一种高灵敏度中 功率"收/发"两用型压电陶瓷材料及其制备方法，主要应用于超声测量方面。 本专利技术的目的是通过如下技术方案来完成的。本专利技术旨在通过在PZT二元系中引 入化曲叫/3佩2/3)〇3、化(Mgi/3Nb2/3)〇3、化2〇3或CeO进行渗杂取代改性及调整Zr/Ti比，为超 声测量提供一种高灵敏度中功率"收/发"两用型压电陶瓷材料及其制备方法。运种高灵 敏度中功率"收/发"两用型压电陶瓷材料，组成式为油b (Mgi/3Nb2/3)〇3-y化曲叫/3佩2/3)〇3 -zPb狂fmTii m)〇3;其中：〇. Ol《X《0. 08 ;0.0 l《y《0. 08 ;0. 8 < Z < 1. 0 ;x+y+z = 1 ; 0. 45 ^ m ^ 0. 55。 所述的材料组成为：化(Mgi/sNbw) 0.03 (MnizsNbw) 0.04 灯i〇.49Zr〇. 51) 〇.93〇3。 所述的材料组成为：化曲&/3佩2/3)。.。3曲叫/3佩2/3)。.。日们。.48押。.日1日)。.92〇3。 所述的材料组成为：化(Mgi/sNbw) 0.03 (MnizsNbw) 0.06 灯i〇.48Zr〇.52)。.9化。 所述的材料组成，还可进一步包含下列物质中的一种：占主体成分重量比 0.Iwt% 化2〇3或 0. 2wt%CeO2。 本专利技术所述的运种高灵敏度中功率"收/发"两用型压电陶瓷材料及其制备方法， 工艺步骤如下： 阳〇1引 步骤 1、配料：WPb304、Zr02、Ti02、Nb205、Mg0、Mn02为原料，按xPb(Mgl/3佩2/3)03-yPb曲叫/3佩2/3) 〇3-zPb狂rmTiim) 〇3;的配比进行称量，其中：0.Ol《X《0. 08 ;0.Ol《y《0. 08 ; 0. 8 <Z< 1. 0 ;x+y+z= 1 ;0. 45《m《0. 55 ;将上述原料置于球磨罐中湿法球磨混料 15-25小时后出浆烘干； 步骤2、合成：将步骤1烘干后的粉料压块后放入Al2〇3相蜗内，在650°C保溫1-2 小时，800~900°C保溫2-3小时进行合成； 步骤3、成型及排塑：将步骤2合成好的料块粗碎后，经湿法球磨30-50小时，烘干 后加入重量百分比为3~7%聚乙締醇粘结剂造粒，聚乙締醇粘结剂是W湿法球磨后烘干 粉料重量为基准的，通过单轴成型法制得025X2. 5~2. 8mm巧体；成型后的巧体在750~ 850°C保溫2-5小时排塑； 步骤4、烧结：将步骤3排塑后的巧体置于Al2〇3承烧板上，用Al2〇3相蜗罩住巧体， 形成密闭环境，然后在氧化气氛中于1230~1280°C保溫2-3小时烧结； 步骤5、机加工：将步骤4烧结好的压电陶瓷瓷件磨削至O20XImm; 步骤6、上电极：采用丝网印刷工艺在压电陶瓷瓷件上、下表面印刷电极，电极烘 干后置于加热炉中，升溫至750°C并保溫30分钟，自然冷却至室溫，完成上电极过程； 阳0化]步骤7、极化：将步骤6的上电极制品置于150~160°C的硅油中，施加2. 5~ 3.Okv/mm的直流电场，进行极化； 步骤8、测量：将步骤7的压电元件室溫下放置5~7天后测试其压电性能；采用 电桥法测量自由电容CT和介电损耗tg5 ;采用谐振-反谐振法测量谐振频率ft、反谐振频 率f。和泛音共振频率ffi;通过查表和计算求出机电禪合系数kp、介电常数eT33和机械品 质因数Qm;利用准静态法测量d33进而计算g33;利用谐振频率ff和泛音共振频率f计算 材料的泊松比OE。 更进一步的，步骤 1 中配料：WPb3〇4、Zr〇2、Ti〇2、佩2〇5、MgO、Mn〇2为原料，按xPb( 1邑1/3佩2/3)〇3-7化(Mni/3Nb2/3)〇3-Z化紅mTiim)〇3;的配比进行称量，其中：〇.Ol《X《0. 08 ; 0.Ol《y《0. 08 ;0. 8 <Z< 1. 0 ;x+y+z= 1 ;0. 45《m《0. 55 ;同时称取占主体成分重 量比0.Iwt%化2〇3或0. 2wt%CeO2,将上述原料置于球磨罐中湿法球磨混料15-25小时后 出浆烘干。 更进一步的，湿法球磨时原料：玛瑶球：水重量比为1 :1 :0. 5~0. 6。 更进一步的，排塑时的升溫速率为1~1. 5°C/分钟。本专利技术的有益效果为：采用本专利技术的材料配方和制备工艺，可W获得介电常数 eTj进520±12. 5%，平面机电禪合系数Kp:0. 53±6. 0%，机械品质因数500,d33 = 212 + 12. 5%pC/N,拓3= 46. 7mV?m/N，（I33?拓3:巧900 + 3. 0% )XlO"c.V?m/N2,泊松比 曰=0. 28的压电陶瓷材料。本专利技术材料具有灵敏度高（g33= 46. 7)、介电常数低及中功率 (Qm> 500)等特点，是一种性能优良的"收/发"两用型压电陶瓷材料。【具体实施方式】 下面将基于实际的实施例对本专利技术进行更详细的描述，但专利技术的内容并非局限 于此。 本专利技术所述的运种高灵敏度中功率"收/发"两用型压电陶瓷材料，组成式为：x化 (M邑1/3佩2/3) 〇3-yPb(Mni/3Nb2/3) 〇3"zPb狂fmTiim) 〇3;其中：0.Ol《X《0. 08 ;0.Ol《y《0. 08 ; 0. 8 <Z< 1. 0 ;x+y+z= 1 ;0. 45《m本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种高灵敏度中功率“收/发”两用型压电陶瓷材料，其特征在于：组成式为：xPb(Mg1/3Nb2/3)03‑yPb(Mn1/3Nb2/3)03‑z Pb(ZrmTi1‑m)03；其中:0.01≤x≤0.08；0.01≤y≤0.08；0.8＜z＜1.0；x+y+z＝1；0.45≤m≤0.55。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：盖学周，汪跃群，胡望峰，
申请(专利权)人：中国船舶重工集团公司第七一五研究所，
类型：发明
国别省市：浙江;33
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