专利名称:低温烧结压电陶瓷及其独石结构压电变压器的制作方法
本发明涉及一种低温烧结的压电陶瓷材料组成及用此材料制成的独石结构电变压器。
通常的压电陶瓷大都要在1200℃～1300℃烧结，pbo的挥发比较严重。如要降低烧结温度，又往往造成压电性能的恶化。美国 Illinois大学D.E.威特默(D.E.WITTMER)，曾在美国陶瓷学会杂志(J.Am.Ceram.Soc.)1981年第八期中报导在锆钛酸铅(简称PZT)压电陶瓷中掺入五氧化二钒(V2O5)实现低温烧结的试验。但它必须用化学共沉淀法制备高纯原料，不便于大批量生产。用通常的压电陶瓷制作变压器大都是单片结构，不可能做得太长太薄，升压比仅在200～400左右。驱动电压也不能用得很低。我们于1982年报导的多层复合结构压电变压器，在一定程度上达到了提高升压比，降低驱动电压的目的，但该瓷料的烧结温度高达1270℃左右，多层复合也是烧成单片、分别极化，然后叠层粘结。每片的长厚比仍然受到限制。如要一次烧成独石结构，其内电极则要求大量耐高温的贵金属。因此，多层压电变压器要进一步提高升压比和降低驱动电压是很困难的。
本发明目的是提供一种改进的瓷料组成，采用常规烧结，普通化工原料，达到大幅度降低烧结温度，并用这种瓷料制作更高升压比、更低驱动电压的低温烧结独石压电变压器。
本发明是这样实现的。在PZT压电陶瓷基料中加入硼-铋-镉低熔玻璃。基料的组成可为pb(ZrxTi1-x)O3+(0.1～0.4wt%)MnO2，0.46≤x≤0.54，硼-铋-镉低熔玻璃，组成可为XBO1.5-yBiO1.5-ZCdO、x+y+z＝1、0.25≤X≤0.35，0.20≤y≤0.30，0.40≤Z≤0.50。
基料的制备是按上述化学式配料，混合磨细(60-80目)后，经850℃～900℃予烧、磨细(120目)过筛。低熔玻璃的制备是配料混合磨细(120目)后，经900℃～1000℃烧至熔融，淬火急冷、磨细(200目)过筛。
低温烧结瓷料的制备是将上述基料添加2～5wt%的玻璃，混合磨细(200-300目)而得。
性能测试的样品制备是将瓷料干压成型后，经950℃～1000℃烧成，极化电压4-5KV/mm，极化温度120℃，极化时间10～20分、极化后一天测试性能Kp＝0.50～0.58，Qm＝800～1100，εT33/ε0＝800～1200，ρ＝7.5～7.7g/cm3。烧结温度比原基料降低250℃～300℃，而压电性能还有所提高，除了适于制作独石型压电器件外，也可用于制作其他压电器件。
独石结构压电变压器的制备是将上述瓷料经轧膜、被内电极(含Pd量20%的Pd-Ag合金浆料)叠层成型，经950℃～1000℃一次烧成，被银与烧银外电极，然后整体极化而成。附图1表示独石压电变压器示意图，图2为其横剖面图。图1的左半部份为驱动端，右半部份为发电端。驱动端各层内电极按电学并联，相邻两层极化方向相反。图中箭头所指为极化方向。阴影部份〔1〕、〔2〕分别为驱动端和发电端的外电极，虚线〔3〕为内电极。每层的长厚比可以做得很大，所以空载交流升压比可高达5000以上。比原来多层压电变压器的升压比又提高数倍，而驱动电压可低至0.5伏。而且通过改变层数与几何尺寸，可以机动地调节变压器性能，达到规格系列化。
实施例按上述瓷料与工艺，960℃烧成，规格70×10×0.2(mm3)×17层的变压器，驱动电压0.5伏，空载交流升压比5000左右。又如，同样960℃烧成，规格50×7×0.2(mm3)×11层，驱动电压0.8伏，空载交流升压比3680。
本发明所提供的压电陶瓷材料组成具有烧结温度低的特点，用它制作的独石压电变压器具有工艺简单可行，驱动电压低，升压比高，体积小，可以一次烧成和整体极化，性能规格机动可调，便于大批量生产等优点。适用于静电吸附，静电微量喷雾，汽车点火器，激光器，夜视仪，阴极射线示波管以及其他各种设备的高压电源。特别适用于便携式电子设备中所需的高压电源，有广阔的应用前景。
权利要求
1.一种以PZT为基料的低温烧结压电陶瓷材料组成，其特征在于含有硼-铋-镉低熔玻璃。
2.根据权利要求
1所述的低温烧结压电陶瓷材料组成，其特征在于低熔玻璃组成为xBO15-yBiO15-zCdO，0.25≤x≤0.35，0.20≤y≤0.30，0.40≤z≤0.50。
3.根据权利要求
1，2所述的低温烧结压电陶瓷材料组成，其特征在于将基料与低熔玻璃分别制成固熔体与融熔体，然后按2-5wt%比例混合。
4.一种以PZT为基料的低温烧结压电陶瓷材料组成制作的独石结构变压器，其特征在于一次烧成，整体极化。
5.根据权利要求
4所述的独石结构变压器，其特征在于烧成温度为950℃～1000℃。
专利摘要
低温烧结压电陶瓷及其独石结构压电变压器。本技术属压电陶瓷材料组成及其应用领域。本发明采用锆钛酸铅压电陶瓷中掺入硼-铋-镉低熔玻璃的方法实现低温烧结，烧结温度950～1000℃，具有节约能耗，降低PbO挥发等优点。
文档编号H01L41/08GK85100051SQ85100051
公开日1986年8月6日 申请日期1985年4月1日
发明者李龙土, 张孝文, 柴京鹤, 邓维体, 刘玉顺 申请人:清华大学导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan