本发明专利技术公开了La2Ti2O7或其固溶体材料在高温压电传感器中的应用及其制备的传感器，属于高温压电传感器领域，目的在于解决现有的高温压电传感器大多以锆钛酸铅为基材，其中的铅会导致环境污染，且使用温度在300℃以内，而以钛酸铋钠体系铁电材料为基材的高温压电传感器的使用温度也仅仅为300℃左右，具有一定限制的问题。本发明专利技术首次将La2Ti2O7铁电陶瓷以及其固溶体材料这一类高稳定性铁电材料用作高温压电传感器的基材，且本发明专利技术制备的传感器的使用范围为0℃到350℃，极大的拓展了高温压电传感器的使用温度，有效增加了其应用范围。同时，本发明专利技术的La2Ti2O7及其固溶体材料中，不含有铅，因而具有对环境友好的特点，能有效避免对环境的污染。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及高温压电传感器领域，具体为La2Ti2O7或其固溶体材料在高温压电传感器中的应用及其制备的传感器。
技术介绍
压电传感器作为传感器领域的最重要的分支之一，其具有特有的压电效应。压电效应包括正压电效应、反压电效应；其中，正压电效应是指材料在压力作用下，表面产生电荷的现象；反压电效应是指对材料施加外电压，材料形状发生变化的现象。图1中给出了正压电效应的工作原理示意图，图2中给出了反压电效应的工作原理示意图。压电传感器能将机械信号和电信号相互转换，因此，其在监测和控制领域有着非常广泛的应用。在压力传感器中，由于高温压力传感器具备优良的高温工作能力，因而一直受到高度重视，是传感器研究的重要领域之一，也是各国政府努力掌握的高科技技术之一。在石油、化工、采矿、风力发电、核电站、冶金、汽车、航空航天、工业过程控制和兵器工业等领域，高温压力传感器都有着广阔的应用前景，例如：高温压力传感器可用于高温油井内的压力测量，各种发动机腔体内的压力测量，宇宙飞船和航天飞行器的姿态控制，高速飞行器或远程超高速导弹的飞行控制，喷气发动机、火箭、导弹、卫星等耐热腔体和表面各部分的压力测量。目前，工业上使用的高温压电传感器大多采用锆钛酸铅(PZT)为基材。而PZT中的铅会导致严重的环境污染，且锆钛酸铅铁电材料的使用温度大都在300℃以内。钛酸铋钠体系的铁电材料也可用作高温传感材料，但其最高使用温度也仅仅为300℃左右。为此，迫切需要一种新的材料，以满足高温压电传感器的应用需求。
技术实现思路
本专利技术的专利技术目的在于：针对现有的高温压电传感器大多以锆钛酸铅为基材，其中的铅会导致环境污染，且使用温度在300℃以内，而以钛酸铋钠体系铁电材料为基材的高温压电传感器的使用温度也仅仅为300℃左右，具有一定限制的问题，提供一种La2Ti2O7或其固溶体材料在高温压电传感器中的应用及其制备的传感器。本专利技术首次将La2Ti2O7铁电陶瓷以及其固溶体材料(La2-xAxTi2O7，A＝Ce，Pr，Nd)这一类高稳定性铁电材料用作高温压电传感器的基材，且本专利技术制备的传感器的使用范围为0℃到350℃，极大的拓展了高温压电传感器的使用温度，有效增加了其应用范围。同时，本专利技术的La2Ti2O7及其固溶体材料中，不含有铅，因而具有对环境友好的特点，能有效避免对环境的污染。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：La2Ti2O7或其固溶体材料在高温压电传感器中的应用，所述La2Ti2O7固溶体材料为La2-xAxTi2O7，所述A为Ce、Pr、Nd中的一种或多种，所述x的范围为0～0.35。所述x的范围为0.001～0.35。所述x的范围为0.05～0.35。所述x的范围为0.10～0.33。采用La2Ti2O7或其固溶体材料制备的传感器，包括基体、设置在基体两侧的电极，所述基体为La2Ti2O7或La2Ti2O7固溶体，所述La2Ti2O7固溶体材料为La2-xAxTi2O7，A为Ce、Pr、Nd中的一种或多种，所述x的范围为0～0.35。所述x的范围为0.001～0.35。所述电极通过烧结方式与基体连接为一体。所述传感器的使用温度范围为0℃到350℃。该传感器采用包括如下步骤的方法制备而成：(1)制备基体将La2Ti2O7或其固溶体材料作为基体，所述La2Ti2O7固溶体材料为La2-xAxTi2O7，A为Ce、Pr、Nd中的一种或多种，所述x的范围为0～0.35；(2)电极烧结在步骤(1)的基体两面涂银电极，然后烧结，使银电极与基体紧密连接，烧结完成后，降温后取出样品，即可。所述步骤(1)中，采用等离子体电火花烧结发制备晶粒织构化的La2Ti2O7铁电陶瓷或者其固溶体陶瓷，所述La2Ti2O7固溶体陶瓷为La2-xAxTi2O7，将La2Ti2O7或其固溶体材料作为基体，所述基体的相对密度在98％以上，所述晶粒定向程度在80％以上。所述步骤(2)中，将步骤(1)的基体沿织构垂直方向切片，样品的厚度范围为0.1-0.3mm，然后在基体的两面涂银电极，再在500-600℃下烧结0.5～5h，至银电极与基体紧密连接，降温到室温后取出样品，即可。针对前述问题，本专利技术提供La2Ti2O7或其固溶体材料在高温压电传感器中的应用及其制备的传感器。申请人通过研究发现，La2Ti2O7这种具有类钙钛矿层状结构铁电材料具有很高的居里相变温度(Tc～1460℃)，其材料结构有着很好的温度稳定性。在研究过程中，申请人惊奇地发现了La2Ti2O7及其固溶体材料的高温压电性能。为此，申请人得到了本专利技术的技术方案。为了验证本专利技术方案的可行性，申请人设计了如下的实验步骤。(1)制备基体利用等离子体电火花烧结技术或其他方法制备晶粒织构化的La2Ti2O7铁电陶瓷或者其固溶体陶瓷(其分子式为La2-xAxTi2O7，A为Ce、Pr、Nd；0≤x≤0.35)。陶瓷的相对密度大于98％，晶粒定向程度利用Lotgering定向因子计算在80％以上。将制备的La2Ti2O7铁电陶瓷或者其固溶体陶瓷作为基体。(2)电极烧实把步骤(1)烧结好的陶瓷沿织构垂直方向切片，样品厚度在0.1-0.3mm范围内，样品尺寸为任意方便涂电极尺寸，样品两面涂银电极并经高温(烧结温度500-600℃，烧结时间1h)烧实，降至室温，取出样品。(3)陶瓷的极化储能在150-200℃条件下，把步骤(2)制备的样品在外加直流高电场下极化1h，电场强度为50-80kV/mm，使得铁电陶瓷电畴翻转极化(如图3所示)。(4)高温压电性能测试把极化好的陶瓷放入高温箱内，测试其高温压电性能：把极化好的陶瓷片放入高温压电常数测试仪器对其压电信号进行测试(如图4所示)。测试结果表明：La2Ti2O7铁电陶瓷以及其固溶体材料(La2-xAxTi2O7，A＝Ce，Pr，Nd；0≤x≤0.35)的压电常数能在350℃以下稳定存在，结果证明其能够作为压电传感器基材使用。综上所述，本专利技术首先利用La2Ti2O7铁电陶瓷以及其固溶体(La2-xAxTi2O7，A＝Ce，Pr，Nd)这一类高稳定性铁电材料作为高温压电传感器基材，其在高温下，具有良好的压电性能，实现了机-电信号转换，使用范围为0℃～350℃。本专利技术能够用作高温器件(＞300℃)的传感器基材，极大拓展高温压电传感器的使用温度，有效增加其应用范围，具有广阔的应用前景。同时，本专利技术的La2Ti2O7及其固溶体材料中，不含有铅，因而具有对环境友好的特点，能有效避免对环境的污染。采用本专利技术制备的高温压电传感器可广泛应用于石油、化工、采矿、风力发电、核电站、冶金、汽车、航空航天、工业过程控制和兵器工业等领域，具有广阔的应用前景。附图说明本专利技术将通过例子并参照附图的方式说明，其中：图1为正压电效应工作原理示意图。图2为反压电效应工作原理示意图图3为陶瓷极化示意图。图3中：1为陶瓷样品，2为银电极，3为直流高压电源。图4为样品测试示意图。图4中：1为加热炉，2为测试顶针与导线，3为测试样品，4为压电常数测试仪。具体实施方式本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等本文档来自技高网...
【技术保护点】
La2Ti2O7或其固溶体材料在高温压电传感器中的应用，其特征在于，所述La2Ti2O7固溶体材料为La2‑xAxTi2O7，所述A为Ce、Pr、Nd中的一种或多种，所述x的范围为0~0.35。
【技术特征摘要】
1.La2Ti2O7或其固溶体材料在高温压电传感器中的应用，其特征在于，所述La2Ti2O7固溶体材料为La2-xAxTi2O7，所述A为Ce、Pr、Nd中的一种或多种，所述x的范围为0~0.35。2.根据权利要求1所述La2Ti2O7或其固溶体材料在高温压电传感器中的应用，其特征在于，所述x的范围为0.001~0.35。3.根据权利要求2所述La2Ti2O7或其固溶体材料在高温压电传感器中的应用，其特征在于，所述x的范围为0.05~0.35。4.根据权利要求3所述La2Ti2O7或其固溶体材料在高温压电传感器中的应用，其特征在于，所述x的范围为0.10~0.33。5.采用La2Ti2O7或其固溶体材料制备的传感器，其特征在于，包括基体、设置在基体两侧的电极，所述基体为La2Ti2O7或La2Ti2O7固溶体，所述La2Ti2O7固溶体材料为La2-xAxTi2O7，A为Ce、Pr、Nd中的一种或多种，所述x的范围为0~0.35。6.根据权利要求5所述传感器，其特征在于，所述电极通过烧结方式与基体连接为一体。7.根据权利要求5~6任一项所述传感器，其特征在于，所述传感器...
【专利技术属性】
技术研发人员：高志鹏，杨佳，刘艺，韩旭，谷伟，谢庆海，王海晏，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院流体物理研究所，
类型：发明
国别省市：四川;51
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