专利名称：低温烧结大功率压电陶瓷变压器材料及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种压电陶瓷变压器材料及其制造方法。
压电陶瓷变压器是在结构、变压原理和使用材料与传统线绕变压器截然不同的新型变压器件，无论升压型或降压型压电陶瓷变压器，由于它们本身的独特性能使它在小、轻、薄的微型化电子设备越来越广泛使用，如小功率升压压电陶瓷变压器已广泛用于制造手提电脑、台式电脑彩色显示器、数字相机、手提摄相机及各类仪器终端LCD(液晶显示器)背光高压电源。由于LCD逐渐取代传统CRT(冷阴极射线管)，LCD背光压电陶瓷电源市场的需求量越来越大，已逐步成为较大规模的产业。在大功率升压变压器方面，已制造出8万伏高压静电喷涂设备，汽车节能式高压点火装置，激光打印机和复印机高压电源，并且正在进入市场。在发明人也曾发明一种铌镁酸铅(Pb(Mg1/3Nb2/3)O3)，铌锰酸铅(Pb(Mn1/3Nb2/3)O3)，钛酸铅(PbTiO3)和锆酸铅(PbZrO3)(PMMN)四元系压电陶瓷(中国专利，ZL 90 1 082481)。但是，目前制造压电陶瓷变压器的压电材料，主要采用高温烧结工艺，烧结温度仍在1200℃～1300℃。
由于压电器件仍采用含铅(Pb)压电陶瓷，在此高温下，PbO(氧化铅)大量挥发，这将导致配方的化学计量偏离而降低材料性能，并造成环境污染，能耗也相当严重(电费约占成本45％)。为了适应电子产品微型化需要，已广泛采用表面安装技术(SMT)。一些压电器件采用多层结构，而内电极采用Ag-Pt(银-铂)或Ag-Pd(银-钯)电极，Pt或Pd属贵金属。研究表明，烧结温度越低，需Pt或Pd量越小，电极成本越低。
本发明的目的是提供一种材料性能更完善、环境污染小、耗能及成本低，可在低温下制备的新压电陶瓷材料。
本发明的另一目的是提供这种新压电陶瓷材料的制备方法。
本发明在保持原有高温制备的铌镁酸铅(Pb(Mg1/3Nb2/3)O3)，铌锰酸铅(Pb(Mn1/3Nb2/3)O3)，钛酸铅(PbTiO3)和锆酸铅(PbZrO3)(PMMN)四元系压电陶瓷，掺入低熔点氧化物，采用过渡液相活化烧结技术，将PMMN压电陶瓷(专利ZL 90 1 082481)烧结温度从1200℃～1300℃降低至900℃～980℃，其压电陶瓷的性能和及用它制备相同尺寸的压电陶瓷变压器的特性基本不变。
本发明的具体方案为采用PMMN四元系压电陶瓷的基本成分Pb((Mg1/3Nb2/3)A(Mn1/3Nb2/3)BTiCZrDO3+xCeO2+ySrO2。
其中A＝0.025～0.125，B＝0.025～0.125，C＝0.375～0.475，D＝0.375～0.475，A+B+C+D＝1，0.1＜x＜0.5(wt％)，2＜y＜10(mo1％)。
为了降低烧结温度，又保持压电陶瓷性能，在上述配方上用低熔点氧化物SiO2(氧化硅)、Bi2O3(氧化铋)以及CdO(氧化镉)进行掺杂，使瓷体烧结初期形成液相促进烧结，保证瓷体致密化和晶粒正常生长，最终进入晶格以改善材料性能。
上述低温烧结材料的添加物及取代物含量为添加物t Bi2O3(0.1≤t≤1.5wt％)；u SiO2(0.1≤u≤1.2wt％)；取代物v CdO(0.1≤v≤1wt％)。
制造时，按化学计量称料后用搅拌球磨机混合后，合成温度630℃～680℃，合成粉料已成为上述配方的金属化合物粉料。对合成粉料加入一定量聚乙烯醇作粘合剂再用搅拌球磨机细磨。喷雾干燥，用3000Kg～4000Kg/cm2压力成型，并以950℃～980℃烧结1.5～2小时，烧结后备银电极进行极化，极化电压4～5kV/mm，时间10～15分钟。
本发明的优点在于材料性能更完善、环境污染小、耗能及成本低，可在低温下制备。本发明所制造压电陶瓷材料，其烧结温度从1250℃下降至970℃，降低约300℃。而材料性能基本不变，以此材料制造大功率压电陶瓷变压器，仍保持原四元系压电陶瓷材料制造压电陶瓷变压器的性能。这种材料可作多层压电陶瓷升压变压器和其它大功率压电陶瓷器件。
下面结合实例对本发明作进一步的描述。实施例PMMN-1-L型压电陶瓷材料配方及制造方法基本成分Pb((Mg1/3Nb2/3)A(Mn1/3Nb2/3)BTiCZrDO3+xCeO2+ySrO2。其中选取A＝0.059，B＝0.066，C＝0.459，D＝0.416，x＝0.2％(wt)，y＝2mol％。
另外，加入添加物t Bi2O3，u SiO2和取代物v CdO，其中t＝1.1wt％，u＝0.6wt％，v＝0.9wt％。
制造方法按化学计量称料后用搅拌球磨机混合后，合成温度650℃，合成粉料已成为上述配方的金属化合物粉料。对合成粉料再用搅拌球磨机细磨，加入一定量聚乙烯醇作粘合剂，喷雾干燥，用35000Kg/cm2压力成型，并以960℃烧结2小时，烧结后备银电极进行极化，极化电压4～5kV/mm，时间10～15分钟，24小时后进行性能测试。
下面是本发明PMMN-1-L型压电陶瓷与原发明PMMN-1型压电陶瓷(专利ZL 90 1 082481)的特性比较(表1)和制备相同尺寸的压电陶瓷变压器的主要性能的比较(表2)。
表1 PMMN-1-L型压电陶与PMMN-1型压电陶瓷特性比较Kp Qm d33(10-12C/N) εT33/ε33tgδ ρ(g/cm3) 烧结温度PMMN-1 0.643500311 12800.002 7.81250℃PMMN-1-L 0.623700305 15300.00257.83 970℃表2 PMMN-1-L型压电陶瓷与PMMN-1型压电陶瓷主要性能比较
权利要求
1.一种低温烧结大功率压电陶瓷变压器材料，基本成分为Pb((Mg1/3Nb2/3)A(Mn1/3Nb2/3)BTiCZrDO3+xCeO2+ySrO2，其中A＝0.025～0.125，B＝0.025～0.125，C＝0.375～0.475，D＝0.375～0.475，A+B+C+D＝1，0.1＜x＜0.5(wt％)，2＜y＜10(mol％)，其特征在于渗有添加物Bi2O3、SiO2和取代物CdO，其中添加物和取代物含量为t Bi2O30.1≤t≤1.5wt％，u SiO20.1≤u≤1.2wt％，v CdO 0.1≤v≤1wt％。
2.一种低温烧结大功率压电陶瓷变压器材料的制造方法，其特征在于按权利要求1所述化学计量称料后用搅拌球磨机混合后，合成温度630℃～680℃，合成粉料已成为上述配方的金属化合物粉料；对合成粉料加入一定量聚乙烯醇作粘合剂再用搅拌球磨机细磨；喷雾干燥，以3000～4000Kg/cm2压力成型，并以950℃～980℃烧结1.5～2.5小时，烧结后备银电极进行极化，极化电压4～5kV/mm，时间10～15分钟。
全文摘要
本发明涉及一种压电陶瓷变压器材料及其制造方法。在铌镁酸铅(Pd(Mg
文档编号C04B35/622GK1413948SQ0213498
公开日2003年4月30日 申请日期2002年10月21日 优先权日2002年10月21日
发明者邝安祥, 周桃生, 柴荔英, 陈正国 申请人:深圳富康精密电子陶瓷有限公司