[其他]低溫燒結PZT壓電陶瓷材料及其在獨石壓電變壓器中的應用

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• 申請?zhí)枺?/td>: 101985000000051
• 申請日: 1985-04-01
• 公開（公告）號: CN85100051B
• 公開（公告）日: 1987-01-21
• 發(fā)明（設計）人: 李龍土;張孝文;柴京鶴;鄧維體;劉玉順
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 代理公司: 清華大學專利事務所
• 代理人: 穆湘容

低溫燒結ＰＺＴ壓電陶瓷材料及其在獨石壓電變壓器中的應用。本技術屬壓電陶瓷材料組成及其應用。本發(fā)明采用鋯鈦酸鉛壓電陶瓷中摻入硼－鉍－鎘低熔玻璃的方法實現低溫燒結，燒結溫度９５０～１０００℃，不僅具有節(jié)約能耗，降低ＰｂＯ揮發(fā)等優(yōu)點，而且瓷料具有優(yōu)良的壓電性能。用上述陶瓷制成獨石變壓器，具有驅動電壓低，升壓比高（交流空載升壓比可高達５０００以上）等特點。此類變壓器可廣泛用于靜電吸附、靜電超微量噴霧、激光器以及其他便攜式電子設備中的高壓電源。

本發(fā)明涉及一種低溫燒結壓電陶瓷材料組成及其在獨石壓電變壓器方面的應用。

通常的壓電陶瓷大都要在1200℃～1300℃燒結，PbO的揮發(fā)比較嚴重。這樣，既造成環(huán)境污染，又帶來材料組分的偏差，影響性能。若要制作多層壓電器件，還要大量貴金屬做內電極。美國Illinois大學D.E.威特默（D.E.WITTMER）曾在鋯鈦酸鉛（簡稱PZT）壓電陶瓷中摻入五氧化二釩（V₂O₅）實現低溫燒結（見美國專利4283228）。但它必須用化學共沉淀法制備高純原料，不便于大批量生產，而且降低燒結溫度后，會造成某些壓電性能的惡化，例如壓電常數d₃₃下降，介質損耗角正切tgδ上升等。

本發(fā)明目的是提供一種改進的瓷料組成，采用普通化工原料，常規(guī)燒結，達到既大幅度降低燒結溫度，又使瓷料具有優(yōu)良的壓電性能。

本發(fā)明是這樣實現的。在PZT壓電陶瓷基料中加入硼-鉍-鎘低熔玻璃。基料的組成可為Pb（Zrx Ti_1-x）O₃+（0.1～0.4Wt%）MnO₂，0.46≤X≤0.54，硼-鉍-鎘低熔玻璃的組成可為XBO₁₅-YBiO₁₅-ZCdO，X+Y+Z＝1、0.25≤X≤0.35，0.20≤Y≤0.30，0.40≤Z≤0.50。

基料的制備是按上述化學式配料，混合磨細（60-80目）后，經850℃～900℃預燒、磨細（120目）過篩。低熔玻璃的制備是配料混合磨細（120目）后，經900℃～1000℃燒至熔融，淬火急冷、磨細（200目）過篩。

低溫燒結瓷料的制備是將上述基料添加2-5wt%的玻璃，混合磨細（200-300目）而得。

性能測試所用的樣品制備是將瓷料干壓成型后，經950℃～1000℃燒成，極化、極化電壓4-5KV/mm，極化溫度120℃，極化時間10～20分、極化后一天測試性能：d₃₃-（250～400）×10¹²（C/N），Kp＝0.50～0.58，Qm＝800～1100，ε^T₃₃/ε_O＝800～1200，ρ＝7.5～7.7g/Cm³。低溫燒結與普通高溫燒結PZT壓電陶瓷性能以及美國專利4283228所報導的性能比較見表一。

由表一可以看出，在相同的基料組成情況下，添加硼-鉍-鎘玻璃后，瓷料的燒成溫度降低了250℃～300℃，壓電性能不僅沒有降低。反而有所提高。例如Kp、Qm、d₃₃等主要性能參數均有顯著提高，而介質損耗tgδ大大降低。這是本發(fā)明的一個十分顯著的特點。由上表同樣可看出，與美國專利相比，在燒成溫度相當的情況下，本發(fā)明的d₃₃值比該專利提高一倍。tgδ降低數倍，而且是用普通化工原料，有利于降低成本與批量生產。因此，本發(fā)明的優(yōu)越性是顯而易見。

本低溫燒結瓷料已成功地用于制作獨石壓電變壓器。這種變壓器具有驅動電壓低。（可低達零點幾伏特），升壓比高（交流空載升壓比可高達5000以上），體積小、重量輕，可以一次燒成和整體極化，性能規(guī)格機動可調，便于大批量生產等優(yōu)點。適用于靜電吸附、靜電超微量噴霧、激光器、夜視儀、陰極射線示波管以及其他各種設備的高壓電源。特別適用于便攜式電子設備中所需的高壓電源。該種瓷料在其它壓電器件方面也有重要用途。

表一

	燒成溫度	Kp	Qm					原材料
PZT+(B-Bi-Cd)玻璃（本發(fā)明）	960℃/2-3hr	0.50|0.58	800|100	250|400	20|40	7.50|7.70	800|1200	普通化工原料
PZT（本發(fā)明對比試驗，基料組成相同，不加低熔玻璃）	1250℃/30分	0.49|0.55	200|400	150|250	50|200	7.50|7.60	750|1000	同上
	960℃/2-4hr			130|160	30|140		700|1150	共沉淀高純原料