[其他]改性鈮酸鉛鋇鈉壓電陶瓷材料

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 101985000000507
• 申請日: 1985-04-01
• 公開（公告）號: CN85100507B
• 公開（公告）日: 1987-11-11
• 發(fā)明（設計）人: 過蝶農(nóng);郭演儀;鄒懌如;張秀春
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海硅酸鹽研究所
• 代理公司: 中國科學院上海專利事務所
• 代理人: 潘振__;聶淑儀

本發(fā)明是屬于鎢青銅型改性鈮酸鉛鋇鈉壓電陶瓷材料。該材料化學式為其中Ｍ為四價金屬元素，如Ｚｒ、Ｔｉ等取代部分Ｎｂ元素，ｘ＝０．５～０．９，ｙ＝０．０３～０．５，θ＝０～１．５。η＝０．１～２。優(yōu)先推薦成分含ＰｂＯ２６～３６％（重量），Ｎａ₂Ｏ和Ｌｉ₂Ｏ總量１～３％（重量）、ＭＯ₂１～５％（重量）。該材料特點是制造工藝簡單，重復性好，具有較高的矯頑場強和高的抗交流去極化能力，其位移隨電壓的變化線性好，基本回零，適用于高精度壓電微位移器。

本發(fā)明是關于鎢青銅型改性鈮酸鉛鋇鈉壓電陶瓷材料。

利用壓電陶瓷材料對應于某一外加電壓能產(chǎn)生一定位移的特性，可以制成電微位移器，用作激光反射鏡、激光干涉儀、電控變形鏡的微動控制、大規(guī)模集成電路用曝光機微動工作臺的驅(qū)動器。然而，位移與電壓的關系因壓電陶瓷材料配方而異，一般說來位移量較大的“軟性”材料，位移滯后于電壓的現(xiàn)象嚴重，位移是電壓的雙值函數(shù)，形成一個不封閉的回線，因而同一電壓值對應著不同的位移量，電壓回零時位移不回零。美國專利4，263，527是采用改變控制電路的方法來減小滯后效應，而不是從改進陶瓷材料配方著手。這種控制電路的方法，雖然可以達到減小滯后的目的但往往導致結(jié)構(gòu)復雜，帶來制造復雜，使用不便等問題也增加制造的成本;另一種位移量較小的“硬性”材料，雖然位移滯后較小，仍形成較小的回線，影響了高精度領域內(nèi)的使用。

本發(fā)明的目的是從改進壓電陶瓷配方著手提供一種位移隨電壓變化基本呈線性，滯后很小，位移隨時間、電場強度變化都穩(wěn)定而且制造工藝簡單，重復性好的“硬性”壓電陶瓷材料。

本發(fā)明提供的壓電陶瓷材料，化學式為

其中M代表四價金屬元素，如Zr、Ti等

x＝0.5～0.9，y＝0.03～0.5，θ＝0～1.5。η＝0.1～2。

晶體結(jié)構(gòu)屬鎢青銅型，其特點是含鉛量較鋯鈦酸鉛陶瓷少一半，燒結(jié)時不需要任何防止鉛揮發(fā)的措施。

本發(fā)明提供的壓電陶瓷材料制造工藝簡單，經(jīng)以Zr、Ti等金屬元素部分置換Nb以后，可以擴大燒結(jié)范圍和在較低溫度下致密燒結(jié)（可以在比一般鋯鈦酸鉛低約100℃溫度下燒結(jié)）。本發(fā)明優(yōu)先推薦的成分是PbO26～36%（重量），Na₂O和Li₂O1～3%（重量），MO₂1～5%（重量）。

本發(fā)明提供的材料矯頑場強度，室溫可達1800V/mm，雖極化條件苛刻，但一經(jīng)極化充分以后，抗交流去極化能力也強，室溫大于1000V/mm，150℃時為800V/mm。其介電系數(shù)ε^T₃₅為1100，tgδ0.5%而且隨溫度、電場強度變化較平坦，K_p＝0.34，K₁＝0.44，d₃₃180×10^-12m/V為硬性壓電材料。

本發(fā)明的優(yōu)點是材料的位移隨電壓的變化基本呈線性，如附圖1所示。圖中橫坐標為電壓，縱坐標為位移，頻率0.01Hz/S，從圖可看出電壓回零時，位移也基本回零，對直線的最大偏離在1～2%以內(nèi)，回零問題較一般壓電陶瓷大為改善，響應快、蠕變小，即使電場強度高達1600V/mm位移亦穩(wěn)定，適合用作高精度壓電微位移器。用它制成的壓電微位移器驅(qū)動曝光機微動工作臺位移靈敏度可達0.04μm，定位精度±0.02μm，重復性誤差小于0.01μm。

本發(fā)明的實施例是含PbO35.12%（重量），BaO6.03%（重量），Na₂O和Li₂O1.91%（重量），MO₂1.75%（重量），其余成分為Nb₂O₃。按上述組分配料，酒精濕混10～15小時后，紅外燈烘干，過篩合成，合成條件為800℃，再進行磨細壓片，1190℃下即可燒成。