专利名称：一种大功率压电陶瓷材料的制作方法
技术领域：
本发明属于压电陶瓷材料。
用压电陶瓷材料制造压电陶瓷变压器，在高压领域内显示出具有高升压比，体积小，重量轻，不怕高压击穿，不怕短路烧毁，不用铜铁等金属材料，不怕受潮以及不引起电磁干扰等优点，引起人们极大重视，目前研究出的二元系(PZT)，三元系(PCM，PSM)及其改性压电陶瓷材料的性能在逐步变善，但其温度特性，机电偶合系数，机械品质因数和机械强度等性能还不能满足大功率输出的要求，难以实现单片输出大于40W的压电陶瓷变压器。例如日本住友电气公司制作的压电变压器最大输出功率为40W。(见川田雄彦，电子展望(日)，7(1970)，5;67.)中国山东大学采用改性PCM(铌镁锆钛酸铅)材料制作的压电变压器最大输出功率为19W。(朱凤珠，物理，2(1973)，4183-190)。清华大学采用PSM(锰锑锆钛酸铅)材料制作的压电变压器最大输出功率5.6W。(Ferroelectrics，28(1980)402-406)本发明的目的是提供一种较理想的压电陶瓷材料，在温度特性，机电偶合系数，机械品质因数和机械强度等性能上都有较大提高，以满足制造大功率输出的压电变压器的要求。
本发明是这样实现的。综合具有不同特性的铌镁锆钛酸铅三元系(PCM)材料和铌锰锆钛酸铅三元系(PMN)材料，组成铌镁酸铅、铌锰酸铅、锆酸铅和钛酸铅(PMMN)的四元系压电陶瓷，其组成为Pb(Mg1/3Nb2/3)A(Mn1/3Nb2/3)BTiCZrDO3其中A＝0.025-0.125 B＝0.025-0.125C＝0.375-0.475 D＝0.375-0.475为了进一步改善材料温度稳定性，在上述材料基础上，采用添加CeO2及Sr取代部分铅进行改性，其添加和取代量分别为0.1＜CeO2＜0.5(wt%)2＜Sr＜10(克原子%)下面以实施例对本发明进一步说明。选选取A＝0.059 B＝0.066 C＝0.459 D＝0.416 CeO2＝0.2wt%，Sr＝2克原子%作为PMMN-1配方，按化学配比称料，在球磨机内混合，混合时间为24小时;取出后进行预烧，预烧温度为900℃，保温2小时。预烧后粉料已成为上述配方的金属化合物块料。对预烧料用球磨机细磨48小时后，加入一定量粘结剂(如聚乙烯醇)，以3000kg/cm2压力成型并进行烧结。烧结温度较宽，可在1190℃-1250℃烧结1-2小时。烧结完毕就上银电极进行极化，极化电压为4KV/mm，时间为10分钟。24小时后进行性能测试。
PMMN-1配方的压电陶瓷材料性能见表1表一，PMMN-1配方压电陶瓷材料的性能参数
PMMN-1配方的压电陶瓷材料输出功率-负载阻抗特性见
图1;转换功率，波节温度-负载特性见图2;谐振频率-环境温度特性见图3。该材料机械强度大，抗拆力为1400kg/cm2左右。
以上测试结果是在单片尺寸100×25×3.6mm条件下测得的。
本发明与其他压电陶瓷材料性能比较见表2。
表2，国内外压电陶瓷变压器材料主要性能比较。
用表2材料制成的压电变压器性能比较见表3压电变压器主要性能比较最大输出功率(W) 空载升压比(AC) 转换效率(%) 尺寸(mm)美国 ＜5日本 ≤40 300 80 110×30×5山东大学 ＜19 450 88 120×30×2清华大学 ＜5.7 150-200 85 120×26×3湖北大学 65 780 92 100×25×3.6从以上结果看出本发明的压电陶瓷材料，其温度稳定性，机电偶合系数，机械品质因数，机械强度等性能都有较大提高，所以适合制造大功率压电变压器。在单片尺寸为100×25×3.6mm3条件下最大输出达65W，正常连续输出50W。该材料还可适用于其他大功率压电器件等场合。
权利要求
1.一种大功率压电陶瓷变压器材料是由铌镁酸铅，铌锰酸铅，钛酸铅，锆酸铅组成的四元系材料(PMMN)，其特征在于组成为Pb(Mg1/3Nb2/3)A(Mn1/3Nb2/3)BTiCZrDO3其中A=0.025-0.125 B=0.025-0.125C=0.375-0.475 D=0.375-0.475
2.根据权利要求1所述的压电陶瓷变压器材料，其特征在于添加一定量CeO2及Sr进行改性，其含量为0.1＜CeO2＜0.5(重量%)2＜Sr＜10(克分子%)
全文摘要
本发明是对铌镁锆钛酸铅和铌锰锆钛酸铅进行了最佳组合和改性，从而获得在大功率使用下性能优异的铌镁酸铅，铌锰酸铅，锆酸铅，钛酸铅(PMMN)四元系压电陶瓷材料。解决了大功率压电变压器材料问题。用本发明制作的压电变压器，其单片(100×25×3.6)输出功率可达65W，正常连续输出50W。该材料还具有工艺简单，烧结温度宽而低，瓷质致密和成品率高等特点，在实际使用中已获满意效果。
文档编号H01L41/187GK1061111SQ90108248
公开日1992年5月13日 申请日期1990年10月29日 优先权日1990年10月29日
发明者邝安祥, 周桃生, 何昌鑫, 柴荔英, 谢菊芳 申请人:湖北大学