[发明专利]一种高性能表面声波换能器用压电陶瓷材料

说明书

技术领域：

本发明属电子材料领域，涉及一种高性能表面声波 换能器用压电陶瓷材料。

背景技术：

表面声波式触摸屏输入是一种最新颖的触摸输入技 术，常用的触摸屏有压力式、电容式、电阻式、红外式；表面声波 式触摸屏是由传送换能器、接收换能器、反射板及控制器所组成。 它不采用膜层结构，而是采用高性能的压电陶瓷换能器。该换能器 在屏面上看不见，但能发送耳朵听不到的表面声波。位于触摸输入 屏四周的反射阵列对表面声波进行空间取样，再次向多路平行路径 反射。位于各发送器对面的反射声波检测阵列合成每束反射声波， 变成连续的反射声波，交替地对水平和垂直方向进行扫描。手指一 触摸到触摸输入屏某个部位，该部位的表面波强度便能与触摸压力 成正比地衰减。压电陶瓷晶片是表面声波触摸屏的关键材料，其性 能的好坏直接影响到触摸屏的灵敏度和分辨率等。触摸屏工作时， 人的手指按压触摸屏的平面，要吸收、分辨和转换压力信号，换能 器在一定的方向上必须有一定的灵敏度和分辨率，而且受其他方向 的影响要小。现有技术中的声波触摸屏大多有分辨率不高、灵敏度 相对较低的缺点，导致触点漂移、响应时间过长、反应速度较慢， 例如利用重庆26所生产的PT材料、无锡海鹰生产的PT-7材料和 荷兰菲利普产的PXE11材料制作的声波屏便是如此。其主要原因是 其所用的压电陶瓷材料综合性能差。随着信息化产业的不断发展， 随着表面声波触摸屏在不同行业领域使用的推广，对触摸屏用压电 陶瓷材料的性能也提出了更高的要求。其一是由于器件工作在厚度 扩张模式，要求厚度机电耦合系数Kt要高，使得机电转换效率高， 并有利于获得好的分辨率；二是径向机电耦合系数Kp要低，也就 是Kt＞＞Kp，以获得大的各向异性，抑制横向寄生振动的干扰；三是 介电常数要适当低，以利于器件工作在高频并减少电容过高产生的 杂波。

发明内容：

本发明的目的是提供一种高性能表面声波换能器用 压电陶瓷材料，使之使用于表面声波触摸屏中，获得较高的灵敏度 和分辨率，以有效地克服现有技术压电陶瓷材料分辨率不高、灵敏 度相对较低，不能满足高档表面声波换能器使用要求的弊端。本发 明的目的是以如下技术方案实现的：

以Pb₃O₄(工业纯)、TiO₂(化学纯)、Nb₂O₅(化学纯)、La₂O₃(化学 纯)、CeO₂(化学纯)、MnO₂(化学纯)为原料，其重量组成按化学计 量式：(Pb_1-(3/2)xLa_x)(Ti_1-y-zMn_yNb_z)O₃+amol％CeO₂计算，其中 x＝0.01-0.05，y＝0.005-0.05，z＝0.01-0.10，a＝1.0-10.0；采用常 规精细陶瓷材料制备方法制得。

为使利用本发明材料制得的压电陶瓷元件能够获得较为理想 的压电常数d₃₃(PC/N)、介电常数ε₃₃^T/ε₀、厚度机电耦合系数Kt和 径向机电耦合系数Kp，并具有较佳的综合性能，优选 x＝0.025-0.035，y＝0.025-0.035，z＝0.015-0.05，a＝3.0-7.0。

利用本发明压电陶瓷材料所制得的压电陶瓷元件，一般d₃₃在 70PC/N左右，ε₃₃^T/ε₀在300左右，Kp在0.55左右，Kt在0.068左 右。其厚向机电耦合系数大，径向机电耦合系数小，介电常数适中， 综合性能好，具有实际使用价值和广阔的商业应用前景。与现有技 术声波触摸屏压电陶瓷元件列表比较如下：

具体实施方式：