CN85100705A - 低Qm的钛酸铅压电陶瓷材料及其工艺 - Google Patents

Abstract

一种低Q_m的钛酸铅压电陶瓷材料及其工艺，它克服了锆钛酸铅陶瓷的Q_m值过大，K_t与K_p相近的缺点，也克服了偏铌酸铅陶瓷烧成困难，成本高的缺点，还克服了一般钛酸铅陶瓷Q_m过高的缺点；而成为具有极低Q_m值和K_t<font face="ms mincho" color=#000000>>>K_p的优良压电陶瓷材料，它可以应用于超声探伤等方面。

Description

本发明属于一种钛酸铅压电陶瓷的改性及其工艺。

金属探伤、岩体探伤以及医学超声均需要宽带窄脉冲超声探头，而制做这种探头要求压电换能材料的机械品质因数越低越好，同时又要求压电材料的横向机电耦合系数K_P尽量小，而要求纵向机电耦合系数Kt尽量大。呈现Kt＞＞K_P的特性。

对于上述要求一般压电陶瓷材料是不能满足的;例如PZT-5A    Qm＝75    Kp＝0.60    Kt＝0.49，这样的材料不但Qm值太大了，而且Kp与Kt又太相近了（见O.E.Mattiat，Ultrasonic    Transducer    Materials）。

现有的钛酸铅压电陶瓷虽然具有Kt＞＞K_P的宝贵特点，但是它的机械品质因数太大了，一般都在几百至一千的范围内。文献“Effects of additives on Piezoelectric and related Properties of P_bTiO₃Ceramics”。中介绍掺加氧化钆（Gd₂O₃）的钛酸铅陶瓷Qm＝72 K₃₃＝0.028 K_P＝0.044，而掺加氧化铌（Nb₂O₅）的钛酸铅陶瓷Qm＝70 K₃₃＝0.16，K_P＝0.06;能得到Qm＝70的钛酸铅陶瓷是可贵的，但是由于Qm＝70对超声探伤换能探头来说仍不满足，并且K₃₃也并非远远大于K_P。因此上述两种钛酸铅材料不能满足超声探伤的要求（见I.Ueda：Effects of a additives on Piezoelectric and related Properties of P_bTiO₃Ceramics，Japan.J.appl.Phys.11.450（1972）.）。

偏铌酸铅PbNb₂O₆压电陶瓷材料在所有的材料中Qm最低，Qm＝11 Kt＝0.37 K_P＝0.07，这种材料不但Qm低，同时Kt＞＞K_P这样的材料是可以满足超声探伤探头的要求的;但是偏铌酸铅材料制造是困难的，很难得到成品，不能进行批量生产。偏铌酸铅所用的原料氧化铌Nb₂O₅价钱昂贵，这对实际推广应用是很不利的。

本发明的目的是提供一种低Qm的改性钛酸铅压电陶瓷。它不但具有很低Qm值，同时它的Kt＞＞K_P，这种材料很容易制造，制造成本低投资少，合于批量生产，所以本发明克服了上述诸材料的缺点，而成为满足制造宽带窄脉冲探头的优良压电陶瓷材料。

本发明是由钛酸铅、稀土金属氧化物、二氧化猛所组成。其配方如下：

Pb（1-x）TiO₃+1.27克分子%稀土金属氧化物+0.9克分子%

二氧化猛

其中Pb的注脚为克分子数。0.02≤x≤0.17，稀土金属氧化物可以是氧化

或氧化钐或氧化铈。添加物分子式分别是氧化

-La₂O₃氧化钐-Sm₂O₃，氧化铈-CeO₂二氧化猛 MnO₂。

本发明的最佳实例：

Pb（1-x）TiO₃+1.27克分子%氧化

La₂O₃+0.9克分子%二氧化猛MnO₂

其中X＝0.14。

本发明配方中所用原料均采用化学试剂，按配方称料，采用振动球磨机进行予烧前和予烧后的两次细磨，两次均细磨五小时，料斗中料与球重量之比为1∶5。予烧温度为850℃保温两小时。

粘合剂采用食用明胶水溶液，浓度为5%，用量为粉料重量的5%

成型制成φ20mm园片，成型压力为0.5吨/厘米²切勿排除粘合剂，成型后直接烧成，烧成温度1215℃～1230℃，保温1.5小时

将烧制成的园片研磨成1mm厚，上电极，在180℃的硅油中极化，采取阶梯式升压方法，每次加压1KV/mm，每次保持5分钟然后继续升压，最后升至4KV/mm保持15分钟后取下。

采用本发明的压电陶瓷材料制成的超声探头，其特点是带宽、脉冲窄，频率特性曲线光滑，其电气性能如下：Kt＝0.43，K_P＝0.08 Qm＝10～15，厚度振动基频的波形呈一个光滑的一次振荡波形。

Claims (11)

1、一种用于超声探伤的低Qm值的压电陶瓷材料，其特征是由钛酸铅(PbTiO₃)，稀土金属氧化物(La₂O₃或Sm₂O₃或CeO₂)和二氧化锰(MnO₂)所组成的压电陶瓷材料。

2、按照权利要求1所述的压电陶瓷材料，其特征在于所说的稀土金属氧化物为含有1.27克分子%的氧化

（La₂O₃）或是其他稀土金属氧化物如氧化钐（Sm₂O₃）或氧化铈（C_eO₂）。

3、按照权利要求1所述的压电陶瓷材料，其特征在于所说的二氧化猛是指含有0.9克分子%的二氧化猛（MnO₂）。

4、按照权利要求1所述的压电陶瓷材料，其特征在于所说的钛酸铅其组成为Pb（1-x）TiO₃其中0.02≤x≤0.17而以X＝0.14为最佳。

5、一种用于制造权利要求1所述的压电陶瓷材料的工艺，其特征在于采用予烧前后的两次细磨，添加粘合剂后加压成型，直接烧成和阶梯式极化的工艺。

6、按照权利要求5所述的工艺，其特征在于所述粘合剂采用浓度为5%的食用明胶水溶液，其用量为粉料重量的5%。

7、按照权利要求5所说的工艺，其特征在于所述的细磨，是在予烧前后均采用细磨5小时。

8、按照权利要求5所述的工艺，其特征在于所述的予烧是指在850℃的条件下，保温2小时。

9、按照权利要求5所述的工艺，其特征在于所述的加压成型，其压力为0.5吨/厘米²。

10、按照权利要求5所述工艺，其特征在于所说的烧结工艺，是不排粘合剂而直接烧成，烧成温度1215℃至1230℃的范围，并且保温1.5小时。

11、按照权利要求5所述的工艺，其特征在于所述的极化，是在180℃的硅油中进行，并采用阶梯式加电压的方法，每次加压1KV/mm在保持5分钟后继续升压，直至4KV/mm并在上述电压下保持15分钟。