[发明专利]一种硼酸钙氧钇钆高温压电晶体切型及在压电领域中的应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种硼酸钙氧钇钆高温压电晶体切型及在压电领域中的应用，属于压电晶体技术领域。

背景技术

高温压电材料及传感器件相比于光纤式和压阻式传感器件有高精度、快速响应、易于集成等优点，在航空航天、石油勘测、核电能源领域有着重要的应用。随着我国科技的发展特别是航空航天技术的发展，高温压电晶体及传感器件(服役温度范围600～1000℃)需求迫切。目前，获得广泛应用的压电晶体主要有石英(SiO₂)、铌酸锂(LiNbO₃)和硅酸镓镧(La₃Ga₅SiO₁₄)等晶体。石英晶体虽然压电系数较低但是频率稳定性能高，在常温范围(-80～100℃)内应用广泛，但由于在高温容易产生相变(573℃)，限制了其应用的温度范围。铌酸锂晶体居里点较高(～1100℃)但是在温度达到600℃时，介电损耗急剧增加，使用温度很难超过600℃。硅酸镓镧(La₃Ga₅SiO₁₄)晶体报道是一类性能优异的高温压电材料，具有零频率温度系数切型，从室温至其熔点(～1430℃)不发生相变，但是该晶体高温电阻率不高(600℃时电阻率<10⁶Ω·cm)，另外体系中成分昂贵(氧化镓)，生产成本很高。

因此开发具有较高高温电阻率、较高压电常数及其温度稳定性且成本较为低廉的高温压电晶体并研制压电灵敏切型成为重要的研究方向。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种高压电性能、高温度稳定性的硼酸钙氧钇钆高温压电晶体切型。本发明还提供一种硼酸钙氧钇钆高温压电晶体切型在压电领域中的应用。

术语说明：

1、Y_xGd_1-xCa₄O(BO₃)₃(x＝0.1～0.9)晶体压电物理轴：Y_xGd_1-xCa₄O(BO₃)₃晶体的压电物理轴Y平行于结晶轴b，Z平行于结晶轴c，X与Y、Z轴相互垂直，遵循右手螺旋法则。物理轴X和Z的正负方向遵循IEEE规定，由准静态d₃₃测试仪确定。

2、晶片切型符号说明：晶片切型符号包括一组字母和角度，符号的前两个字母是坐标轴X、Y、Z中的两个，第一个字母表示旋转前晶片的厚度方向，第二个字母表示旋转前晶片的长度方向。例如XZ切型，表示晶片的厚度为X方向，长度为Z方向。晶片切型符号中的其余字母表示晶片的旋转轴，绕厚度方向旋转记为t，绕长度方向旋转记为l，绕宽度方向旋转记为w；绕X轴旋转一定角度记为α，绕Y轴旋转一定角度记为β，绕Z轴旋转一定角度记为γ。旋转方式遵循右手螺旋法则。

例如(XYlw)β/γ切型，表示厚度方向为X，长度方向为Y，宽度方向为Z的晶片，先绕长度方向即Y方向旋转β角度，然后绕宽度方向即Z方向旋转γ角度之后形成的切型。

3、XZ切型：指在物理坐标轴中厚度沿着X方向，长度沿着Z方向切割的晶片；

4、XY切型：指在物理坐标轴中厚度沿着X方向，长度沿着Y方向切割的晶片；

5、ZX切型：指在物理坐标轴中厚度沿着Z方向，长度沿着X方向切割的晶片；

5、ZY切型：指在物理坐标轴中厚度沿着Z方向，长度沿着Y方向切割的晶片。

本发明的技术方案如下：

一种硼酸钙氧钇钆高温压电晶体切型，硼酸钙氧钇钆高温压电晶体化学式为Y_xGd_1-xCa₄O(BO₃)₃，x＝0.1～0.9，熔点1460℃，室温到熔点无相变，晶体的结晶轴a轴与压电物理轴的X轴夹角为(a,X)＝11.2°，结晶轴c轴与压电物理轴的Z轴夹角为(c,Z)＝0°；结晶轴b与压电物理轴的Y轴平行，压电物理轴X、Y轴和Z周相互垂直并遵循右手螺旋法则；厚度记为t，长度记为l，宽度记为w；

Y_xGd_1-xCa₄O(BO₃)₃晶体的XY切型、YX切型、XZ切型、ZX切型或ZY切型的晶片切割后，绕X轴旋转一定角度记为α，绕Y轴旋转一定角度记为β，绕Z轴旋转一定角度记为γ，