[其他]改性鈮酸鉛鋇鈉壓電陶瓷材料

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 85100507
• 申請日: 1985-04-01
• 公開（公告）號: CN85100507B
• 公開（公告）日: 1987-11-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 過蝶農(nóng);郭演儀;鄒懌如;張秀春
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所
• 主分類號: H01L41/16
• 分類號: H01L41/16;C04B35/00;H01B3/12
• 代理公司: 中國科學(xué)院上海專利事務(wù)所
• 代理人: 潘振甦,聶淑儀

本發(fā)明是關(guān)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(yīng)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(dòng)控制、大規(guī)模集成電路用曝光機(jī)微動(dòng)工作臺的驅(qū)動(dòng)器。然而，位移與電壓的關(guān)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(yán)重，位移是電壓的雙值函數(shù)，形成一個(gè)不封閉的回線，因而同一電壓值對應(yīng)著不同的位移量，電壓回零時(shí)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(yīng)，而不是從改進(jìn)陶瓷材料配方著手。這種控制電路的方法，雖然可以達(dá)到減小滯后的目的但往往導(dǎo)致結(jié)構(gòu)復(fù)雜，帶來制造復(fù)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(lǐng)域內(nèi)的使用。

本發(fā)明的目的是從改進(jìn)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(shí)間、電場強(qiáng)度變化都穩(wěn)定而且制造工藝簡單，重復(fù)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(xué)式為

其中M代表四價(jià)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(diǎn)是含鉛量較鋯鈦酸鉛陶瓷少一半，燒結(jié)時(shí)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(kuò)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(qiáng)度，室溫可達(dá)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(qiáng)，室溫大于1000V/mm，150℃時(shí)為800V/mm。其介電系數(shù)ε^T₃₅為1100，tgδ0.5%而且隨溫度、電場強(qiáng)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(diǎn)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(biāo)為電壓，縱坐標(biāo)為位移，頻率0.01Hz/S，從圖可看出電壓回零時(shí)，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(yīng)快、蠕變小，即使電場強(qiáng)度高達(dá)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(dòng)曝光機(jī)微動(dòng)工作臺位移靈敏度可達(dá)0.04μm，定位精度±0.02μm，重復(fù)性誤差小于0.01μm。

本發(fā)明的實(shí)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(shí)后，紅外燈烘干，過篩合成，合成條件為800℃，再進(jìn)行磨細(xì)壓片，1190℃下即可燒成。