专利名称:低Qm的钛酸铅压电陶瓷材料及其工艺的制作方法
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KP尽量小，而要求纵向机电耦合系数Kt尽量大。呈现Kt＞＞KP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＞＞KP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 PbTiO3Ceramics”。中介绍掺加氧化钆(Gd2O3)的钛酸铅陶瓷Qm＝72 K33＝0.028 KP＝0.044，而掺加氧化铌(Nb2O5)的钛酸铅陶瓷Qm＝70 K33＝0.16，KP＝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KP。因此上述两种钛酸铅材料不能满足超声探伤的要求(见I.UedaEffects of a additives on Piezoelectric and related Properties of PbTiO3Ceramics，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 KP＝0.07，这种材料不但Qm低，同时Kt＞＞KP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＞＞KP，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，KP＝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。
权利要求
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(CeO2)。
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。
专利摘要
一种低Q
文档编号C04B35/46GK85100705SQ85100705
公开日1986年8月6日 申请日期1985年4月1日
发明者王世长 申请人:中国科学院声学研究所导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan