[发明专利]一种四方相钛镁酸铋-钛酸铅基压电单晶的制备方法

说明书

本发明涉及一种四方相钛镁酸铋‑钛酸铅基压电单晶的制备方法，所述四方相钛镁酸铋‑钛酸铅基压电单晶的组成化学式为(1‑x)Bi(Mg1/2Ti1/2)O3‑xPbTiO3，所述制备方法包括：1）称取MgO、TiO2、Bi2O3和铅的氧化物，混合均匀后得到晶体生长用起始料；2）将晶体生长用起始料和籽晶置于坩埚中放入下降炉内，先在700～1250℃下保温，然后升温至1300～1450℃保温，再将坩埚以0.1～1.2mm/小时速度下降，生长界面的温度梯度为20～100℃/cm；3）将生长完毕的晶体冷却到室温。

技术领域

本发明涉及一种压电单晶及其生长方法，具体涉及一种四方相钛镁酸铋-钛酸铅基高温压电单晶的坩埚下降生长方法。

背景技术

压电材料可以实现机械能和电能之间的相互转换，是一类重要的功能材料，广泛应用于航空、能源、汽车制造、通信、家电、探测和计算机等诸多领域，是构成滤波器、换能器、传感器、压电变压器等电子元件的重要部件，已成为21世纪高新技术的主要研究方向之一。近十几年来，随着航天航空、石油化工、地质勘探、核能发电、汽车制造等工业的迅速发展，电子设备需要在更高的温度下工作，同时也对压电材料提出了更高的要求，不仅要求压电材料具有优异的性能，而且还要求压电材料具有更高的使用温度。例如用于汽车机罩内的振动传感器、表面控制和动态燃料注射喷嘴上的压电材料要求工作温度高达300℃，油井下使用的声波测井换能器工作温度也达到200-300℃。因此，现在工业中的很多场合要求压电材料必须在较高的温度下(＞400℃)不出现结构相变以保证不发生高温退极化现象而劣化压电器件的温度稳定性。此外，在压电性能方面，压电单晶有着比压电陶瓷优异得多的性能，例如目前研究较多的高居里温度压电材料钪酸铋-钛酸铅体系，在准同型相界处压电陶瓷的压电常数d33＝460PC/N，机电耦合系数k33＝0.56；而准同型相界处压电单晶的压电常数d33＝1150PC/N，机电耦合系数k33＝0.90(R.Eitel，C.A.Randall，T.R.Shrout，andS.E.Park，Jpn.J.Appl.Phys.2002,41,2009；S.J.Zhang，C.A.Randall，and T.R.Shrout，Appl.Phys.Lett.2003,83,3150.)。因此，要想同时满足上述行业对压电材料性能和使用温度的要求，压电单晶有着无可比拟的优势。