一种提高铋层状压电陶瓷压电稳定性的方法及其应用技术

本发明专利技术公开了一种提高铋层状压电陶瓷压电稳定性的方法及其应用，该方法首先在较低电场强度的第一电场强度下进行第一次极化处理，第一次极化处理后的陶瓷进行高温老化及高低温循环处理；接着陶瓷在高于第一电场强度的电场强度下进行第二次极化处理，最后再次进行高温老化及高低温循环处理。采用本发明专利技术方法处理的铋层状结构压电陶瓷受预紧力及在高温存储下的压电稳定性极好，使用该陶瓷装配的高温压电传感器的灵敏度变化小于3％，拥有更好的耐受预紧力及对温度的稳定性，这极大推进了高温压电传感在高温环境下的实际应用。压电传感在高温环境下的实际应用。

【技术实现步骤摘要】
一种提高铋层状压电陶瓷压电稳定性的方法及其应用


[0001]本专利技术属于压电陶瓷制品生产
，具体涉及一种提高铋层状压电陶瓷压电稳定性的方法及其应用。

技术介绍

[0002]近年来，压电传感器的应用范围不断扩大，应用环境也逐渐向高温环境延伸，例如在航空发动机、燃气轮机、地热能开发、地质勘探、核能反应堆等对高温压电传感器的应用需求量上不断增加。
[0003]由于铋层状结构压电陶瓷具有居里温度高、介电损耗低、电阻率高等优点，是目前482℃高温压电传感器可选的最佳压电材料。近年来，通过化学掺杂的方式，铋层状结构压电陶瓷的压电性能得到了极大的提升，这十分有利于研制出性能优异的高温压电传感器。但是普通的铋层状结构压电陶瓷的压电性能在高温下稳定性较差，衰减较为明显，这又极大的制约了高温压电传感器在高温环境下的实际应用。
[0004]应用于高温压电加速度传感器的压电陶瓷在装配过程中需要经过1500～3000N预紧力，且还需在高温环境(实际使用温度482℃)保温24～48h，压电陶瓷会出现退极化现象，出现压电性能不稳定、衰减过多；从而导致最终的传感器的灵敏度经过高温环境后性能出现衰减，约下降超过10％～15％，难以满足实际应用需要，极大制约了高温压电传感器的实际应用。因此，如何提高铋层状结构压电陶瓷在受预紧力和高温环境作用下的压电稳定性对高温压电传感器的实际应用至关重要。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于克服现有技术中存在的铋层状结构压电陶瓷在受预紧力和高温环境作用下的压电稳定性较差，导致由其制备得到的压电传感器灵敏度难以满足实际应用需要的技术问题，提供一种提高铋层状压电陶瓷压电稳定性的方法及其应用。
[0006]为了实现本专利技术的上述目的，本专利技术采用以下技术方案，
[0007]一种提高铋层状压电陶瓷压电稳定性的方法，该方法包括以下步骤：
[0008]将预进行处理的铋层状结构压电陶瓷材料依次进行第一次极化处理、第一次高温老化处理和第一次高低温循环处理；然后依次进行第二次极化处理、第二次高温老化处理和第二次高低温循环处理，得到处理后的铋层状结构压电陶瓷材料；
[0009]所述第一次极化处理在第一电场强度和第一温度下进行；所述第二次极化在第二电场强度和所述第一温度下进行，所述第一电场强度小于第二电场强度，所述第一次老化处理和第二次老化处理均在第二温度下进行，所述第一次高低温循环处理和第二次高低温循环处理的处理温度相同，均在第三温度和第四温度之间连续进行多次循环。
[0010]进一步地，所述预进行处理的铋层状结构压电陶瓷材料的临界击穿电场强度为12～14KV/mm，所述第一电场强度为10～11KV/mm，第二电场强度为11～14KV/mm。
[0011]进一步地，所述第一温度为160～180℃。
[0012]进一步地，进行所述第一次老化处理和第二次老化处理时，第二温度高于所述处理后的铋层状压电陶瓷预应用温度30～80℃，在所述第二温度下保温处理24～96h完成老化。
[0013]更进一步地，所述预应用温度为482℃。
[0014]进一步地，所述第三温度为
‑
65～
‑
55℃，所述第四温度为120～150℃。
[0015]进一步地，所述第一次极化处理和所述第二次极化处理的极化时间均为30～50min。
[0016]进一步地，所述预进行处理的铋层状结构压电陶瓷材料为Na
0.5
Bi
4.5
Ti4O
15
基压电陶瓷材料。
[0017]进一步地，所述预进行处理的铋层状结构压电陶瓷材料为陶瓷片，其厚度为0.5～0.6mm。
[0018]本专利技术还提供了一种根据上述方法处理得到的铋层状压电陶瓷材料，及该铋层状压电陶瓷材料在制备高温加速度压电传感器上的应用。
[0019]本技术方案与
技术介绍
相比，至少具有如下优点：
[0020]本专利技术公开了一种提高铋层状压电陶瓷压电稳定性的方法及其应用，该方法首先在较低电场强度的第一电场强度下进行第一次极化处理，第一次极化处理后的陶瓷进行高温老化及高低温循环处理；接着陶瓷在高于第一电场强度的电场强度下进行第二次极化处理，最后再次进行高温老化及高低温循环处理。采用本专利技术方法处理的铋层状结构压电陶瓷受预紧力及在高温存储下的压电稳定性极好，使用该陶瓷装配的高温压电传感器的灵敏度变化小于3％，拥有更好的耐受预紧力及对温度的稳定性，这极大推进了高温压电传感在高温环境下的实际应用。
具体实施方式
[0021]现有技术中存在铋层状结构压电陶瓷在受预紧力和高温环境作用下的压电稳定性较差，导致由其制备得到的压电传感器灵敏度难以满足实际应用需要的技术问题。
[0022]为此，本专利技术提供一种提高铋层状压电陶瓷压电稳定性的方法及其应用，以解决上述技术问题。
[0023]本专利技术公开了一种能有效提高铋层状结构压电陶瓷受预紧力及高温条件作用下压电稳定性的二次极化方法，其先在较低极化电场(10～11KV/mm)下极化，极化后的陶瓷材料进行高温老化及高低温循环处理；接着陶瓷材料在更高极化电场(11～14KV/mm)下极化，最后在与前述高温老化和高低温循环处理相同的条件下进行高温老化及高低温循环处理。采用本专利技术方法处理的铋层状结构压电陶瓷受预紧力及在高温存储下的压电稳定性极好，使用该陶瓷制备的高温压电传感器的灵敏度变化小于3％，拥有更好的耐受预紧力及对温度的稳定性。这极大推进了高温压电传感在高温环境下的实际应用。
[0024]具体地，本专利技术提供的二次极化方法包括以下步骤：
[0025]S1、第一次极化处理：将预进行处理的铋层状结构压电陶瓷样品在160～180℃的油浴温度下，在略低于临界击穿电场强度的第一电场强度下极化30～50min。通过步骤S1，样品被初次极化；
[0026]其中，所述预进行处理的铋层状结构压电陶瓷样品可以为Na
0.5
Bi
4.5
Ti4O
15
基压电
陶瓷材料，其可以为片状，厚度为0.5～0.6mm。
[0027]S2、第一次老化处理：将第一次极化处理后的陶瓷样品置于老化炉中，以3～5℃/min的速率升至第二温度(该第二温度比完成所有处理后的陶瓷样品预应用的温度高30～80℃)，保温24～96h进行初次老化；
[0028]S3、第一次高低温循环：将经过步骤S2处理得到的陶瓷样品在低温(第三温度，
‑
65～
‑
55℃)、高温(第四温度，120～150℃)之间进行循环处理，连续进行10～20个循环；
[0029]S4、第二次极化处理：将经过步骤S4处理后的陶瓷样品通过d
33
测试仪确认极化的正极方向，然后按照第一次极化的方向极化，在160～180℃的油浴温度下，在接近临界击穿电场强度的第二电场强度下充分极化30～50min；所述第二本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种提高铋层状压电陶瓷压电稳定性的方法，其特征在于：所述方法包括：将预进行处理的铋层状结构压电陶瓷材料依次进行第一次极化处理、第一次高温老化处理和第一次高低温循环处理；然后依次进行第二次极化处理、第二次高温老化处理和第二次高低温循环处理，得到处理后的铋层状结构压电陶瓷材料；所述第一次极化处理在第一电场强度和第一温度下进行；所述第二次极化在第二电场强度和所述第一温度下进行，所述第一电场强度小于第二电场强度，所述第一次老化处理和第二次老化处理均在第二温度下进行，所述第一次高低温循环处理和第二次高低温循环处理的处理温度相同，均在第三温度和第四温度之间连续进行多次循环。2.根据权利要求1所述的提高铋层状压电陶瓷压电稳定性的方法，其特征在于：所述预进行处理的铋层状结构压电陶瓷材料的临界击穿电场强度为12～14KV/mm，所述第一电场强度为10～11KV/mm，第二电场强度为11～14KV/mm。3.根据权利要求1所述的提高铋层状压电陶瓷压电稳定性的方法，其特征在于：所述第一温度为160～180℃。4.根据权利要求1所述的提高铋层状压电陶瓷压电稳定性的方法，其特征在于：进行所述第一次老化处理和第二次老化处理时，第二温度高于所述处...

【专利技术属性】
技术研发人员：王海圣，姜旭宇，余洋，丁忆，翁新全，许静玲，柯银鸿，刘瑞林，
申请(专利权)人：厦门乃尔电子有限公司，
类型：发明
国别省市：