本发明专利技术涉及一种高温、高功率压电变压器的设计及其制备方法，属无机非金属材料和电子器件设计与制备技术领域。本发明专利技术主要是利用铋系BLF-PTM硬性压电陶瓷设计与制备一种能在高温下使用、具有高功率密度的压电变压器。在圆片形压电陶瓷的上下表面涂高温银电极，上电极用掩膜板制成，中心是一个园，园的外面是一个圆环，园和圆环之间有一定的间隙。外部圆环电极作为输入电极，中心园电极作为输出电极。把制备好电极的压电陶瓷片放在120OC硅油里面，在30kV/cm的电场下极化20min，得到单向极化圆片型高温高功率密度压电变压器。本发明专利技术测量了不同温度下压电变压器的功率密度。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种用铁酸铋-钛酸铅系压电陶瓷制备高温高功率密度压电变压器的方法。属无机非金属材料和电子器件设计与制备
技术介绍
压电变压器是一种利用压电陶瓷的电-机-电耦合效应来实现变压的电子器件。由于其转换效率高、抗干扰能力强、体积小、不易燃的特点被广泛的应用到液晶显示(LCD)、平板显示(LED)、空气净化、复印设备等电子设备的驱动电路中。现在应用比较广泛的是具有较高升压比的Rosen型压电变压器，但其功率密度一般小于2 W/cm3，不适合在大功率电 路中应用。而在电子设备不断向高功率化以及集成化方向发展的趋势下，圆片型和圆环型压电变压器由于具有较高的功率密度而受到关注。1973年Berlincourt等人首次研制出具有单一极化方向的圆片型压电变压器。随后，Laoratanakul等人用硬性PZT陶瓷制备出单向极化圆片型压电变压器，成功地驱动了压电马达，其功率密度为3. 5 W/cm3。2004年Priya和Uchino等人研制出圆片型单向极化的三层和单层压电变压器的功率密度分别为25和40 W/cm3，后者代表了目前压电变压器可以达到的最大功率密度。提高压电变压器功率性能的关键是研制出具有优越的压电性能和机械性能的大功率压电材料。
技术实现思路
本专利技术的目的是制备一种可以在高温下工作、具有高功率密度的压电变压器，SP利用BLF-PTM (铁酸铋镧-锰钛酸铅)硬性压电陶瓷制备高温、高功率压电变压器。一种用铁酸铋-钛酸铅系压电陶瓷制备高功率压电变压器的方法，其特征在于具有以下的过程 a.BLF-PTM压电陶瓷片的制备按现有已知技术方法制备(1).按照0. 6 (Bia9La0.)FeO3-O. 4Pb (Tia99Mnatll) O3的化学计量比，即以五水硝酸铋、九水硝酸铁、六水硝酸镧、钛正四丁脂、醋酸铅和醋酸锰为原料，以乙二醇为溶剂搅拌10小时配置溶胶；然后把制得的溶胶在70 0C下烘干、研磨成粉，并在600 0C高温下煅烧2小时，得到BLF-PTM纳米粉；(2).纳米粉造粒，并在120 MPa压力下压成圆片；最后利用两步法进行烧结；先升温到1070 0C,然后降温到800 0C保温2小时，随后随炉降到室温，制得BLF-PTM陶瓷；(3).将BLF-PTM压电陶瓷片研磨、抛光，得到厚度为0. 55mm、直径为10 mm的陶瓷圆片； b.覆盖银浆电极在陶瓷圆片的上下表面涂高温银浆作为电极，下表面涂满电极，上表面采用掩膜板得到一个圆形电极和一个环形电极，圆形和圆环之间存在一定的间隙； c.加热处理将涂好电极的陶瓷圆片放进马弗炉，在500°C保温15分钟，然后升温到800 0C保温10分钟，最后随炉降至室温； d.电场下极化把制备好电极的陶瓷片放在120°(硅油里面，沿厚度方向，在30 kV/cm的电场下极化30 min ;极化后的陶瓷圆片就是一个单向极化的圆片型压电变压器；圆环形的上电极为输入电极，圆形上电极为输出电极。本专利技术的优点和特点 (1).本专利技术主要是利用Mn、La掺杂铁酸铋-钛酸铅(BLF-PTM)压电陶瓷设计与制备一种能在高温下使用的具有高功率密度的压电变压器，其特征在于 (2).本专利技术利用一种新的BLF-PTM硬性压电材料制备具有高功率密度的单向极化圆片型压电变压器。(3).本专利技术中的高功率压电变压器具有单一极化方向，底电极及其相反面上的输入和输出端的电极作为耐高温电极。(4).本专利技术中的雅典变压器可以在较高的温度下工作，并且在室温至300 °(温度区间工作时，具有较大的功率密度。附图说明图I本专利技术中的压电变压器平面图以及上电极的形状和尺寸。图2本专利技术中的压电变压器的截面图以及极化方向。图3本专利技术中的压电变压器输入与输出电路示意图。图4本专利技术中的压电变压器的性能测试系统示意图。图5本专利技术中的压电变压器在室温下匹配负载时不同输入电压下的功率密度以及升温。图6本专利技术中的压电变压器在不同温度匹配负载时不同输入电压下的功率密度。具体实施例方式现将本专利技术的具体实施例叙述于后。实施例本实施例中BLF-PTM压电陶瓷制备高功率压电变压器的步骤如下 I.以五水硝酸铋、九水硝酸铁、六水硝酸镧、钛正四丁脂、醋酸铅和醋酸锰为原料，以乙二醇为溶剂，按照0. S(Bia9Laai)FeO3-O. 4Pb (Tia99Mnatll)O3化学计量比的组分，把原料溶于乙二醇中搅拌10小时；然后把制得的溶胶在70 °C下烘干。烘干后的溶胶研磨成粉并在6000C下煅烧2小时，得到BLF-PTM纳米粉。2.纳米粉造粒，并在120 MPa压力下压成直径为120mm的圆片；最后利用两步法进行烧结，先升温到1070 °C然后降温到800 °C度保温2小时，随后温度随炉降到室温制备出BLF-PTM陶瓷。3.将BLF-PTM压电陶瓷片研磨、抛光，得到厚度为0. 55 mm，直径为10 mm的陶瓷圆片。4.在陶瓷圆片的上下表面涂高温银浆作为电极，下表面涂满电极，上表面采用掩膜板得到一个圆形电极和一个环形电极，圆形和圆环之间存在一定的间隙，具体形状和尺寸如图I所示，其中I为圆形电极部分，2为环形电极部分。将涂好电极的陶瓷圆片放进马弗炉，在500 °C保温15分钟，然后升温到800 0C保温10分钟，最后随炉降至室温。5.把制备好电极的陶瓷园片放在120 °(硅油里面，沿厚度方向，在30 kV/cm的电场下极化30 min，极化方向如图2所示。极化后的陶瓷圆片就是一个单向极化的圆片型压电变压器。6.本专利技术压电变压器的平面图及其截面图如图I和图2所示。本专利技术中的压电变压器的输入与输出电路如图3所示，圆环形的上电极2为输入电极，圆形上电极I为输出电极。性能测试 本专利技术中所得高温大功率压电变压器的性能测试 图4为本专利技术中压电变压器的性能测试示意图。信号发生器产生的交流信号通过功率放大器放大后作为输入信号施加到变压器的输入端，由压电变压器输出端输出的交流信号作用到负载电阻上，采用示波器探测输入和输出信号的波形以及大小。本专利技术中的压电变压器工作时的表面温度由非接触式红外温度探测仪来测量。测量变压器的高温性能时，把压电变压器放在高温炉内，变压器的输入输出端用耐高温导线连接。I)室温下的功率性能及升温 图5为本专利技术中的压电变压器在室温下匹配负载时不同输入电压下的功率密度以及升温。随着输入电压的不断增加，压电变压器在匹配负载下的功率密度不断增加，当功率密度大于10 W/cm3出现明显的升温现象。当压电变压器升温20 °(时，其功率密度为30 W/cm3。相同升温情况下，PZT大功率陶瓷制备的圆片型大功率压电变压器的最大功率密度一般为 20 W/cm3。2 )高温下的功率性能 图6为本专利技术中的压电变压器在不同温度匹配负载时不同输入电压下的功率密度。在不同的温度下，匹配负载下的功率密度均随着输入电压的增加而增加。在200 °C以下，压电变压器的功率密度达到27 W/cm3。当温度高于200 °C时，压电变压器的最大功率密度随着温度的升高而减少较快，其在250 °C时的功率密度可达到20 ff/cm3,300 °C时的功率密度降为14 W/cm3。当压电变压器的工作温度为350 °C时，压电变压器的性能大幅下降，功率密度本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：程晋荣，石贵阳，冯磊洋，俞圣雯，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：
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