[发明专利]压电陶瓷材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于材料技术领域，具体涉及一种压电陶瓷材料及其制备方法。 

背景技术

随着现代科学技术的迅猛发展，压电陶瓷材料的研究越来越深入，应用也越来越广泛。近年来，压电陶瓷材料在医学方面的应用也不断拓展，从医学检测、诊断到治疗，压电陶瓷作为系统的核心部件发挥了重要作用。其中超声骨折治疗仪(Sonic Accelerated Fracture Healing System）就是近年来发展起来的骨质愈合康复治疗设备。它用于除颅骨及脊柱之外骨不连的非植入性治疗，也可以用于成年人经过闭合复位和石膏固定骨科治疗的新形成闭合性后部远端末梢骨折或一级开放性胫骨骨干骨折，促进患部愈合。超声骨折治疗是一种非介入式治疗，它产生的低强度超声波能量由超声耦合胶传送到骨折部位，能加快新鲜骨折的愈合，对骨折延迟愈合和骨不连也有很好的疗效。 

超声骨折治疗仪的核心工作部件是压电陶瓷换能器，其换能器设计时采用压电陶瓷的厚度方向振动模式，它产生的超声波能量通过超声耦合胶传送到骨折部位，它要求超声波能量强度不能太大，同时又能很好地传送到骨折部位，这就要求压电陶瓷具有具有较低的介电常数，较小的介电损耗同时具有较高的机械品质因数和机电耦合系数，这将对压电陶瓷的研究提出新的挑战。具有低的介电常数、较小的介电损耗同时具有较高的机械品质因数的压电陶瓷往往机电耦合系数比较低；而机电耦合系数高的压电陶瓷介电系数又比较大，这在材料组成设计和材料制备工艺方面往往比较难实现。 

发明内容

本发明针对现有技术的压电陶瓷材料在具有较低介电常数、较小介电损耗的情况下，无法同时兼顾有较高的机械品质因数和机电耦合系数的技术问题，目的在于提供一种新的压电陶瓷材料。本发明采用铌锑酸铅、锑锰酸铅和锆钛酸铅(PZT)复合固溶，同时掺杂多种元素如添加Fe₂O₃、Sm₂O₃、MnO₂和Al₂O₃4种中的至少3种，对压电陶瓷材料进行改性，获得具有较低介电常数、较小介电损耗又同时兼顾有较高的机械品质因数和机电耦合系数的优 异性能的压电陶瓷材料。 

本发明的压电陶瓷材料，其化学通式为：Pb_1-xM_x(Sb_1/2Nb_1/2)_y(Mn_1/3Sb_2/3)_z(Zr_eTi_f)_1-y-zO₃+awt.%Fe₂O₃+bwt.%Sm₂O₃+cwt.%MnO₂+dwt.%Al₂O₃， 

其中，M为Sr²⁺和/或Ba²⁺； 

x=0.02～0.1，y=0.01～0.1，z=0.01～0.1，e=0.40～0.60，f=0.40～0.60且满足e+f=1； 

a=0～0.4，b=0～0.5，c=0～1.0，d=0～1.0且Fe₂O₃、Sm₂O₃、MnO₂和Al₂O₃4种掺杂物中至多1种掺杂物的含量为0， 

其中，wt.%是以Pb_1-xM_x(Sb_1/2Nb_1/2)_y(Mn_1/3Sb_2/3)_z(Zr_eTi_f)_1-y-zO₃为100%进行计算，而不是以