[发明专利]一种核电奥氏体焊缝检测用高介电压电材料及制备方法

说明书

本发明公开了一种用于核电奥氏体焊缝检测双矩阵探头的高介电压电陶瓷材料，该材料组成通式为：APbsubgt;1‑x‑y‑z/subgt;Casubgt;x/subgt;Srsubgt;y/subgt;Basubgt;z/subgt;（Nisubgt;1／3/subgt;·Nbsubgt;2／3/subgt;）Osubgt;3/subgt;·BPb（Znsubgt;1／3/subgt;·Nbsubgt;2／3/subgt;）Osubgt;3/subgt;·CPbTiOsubgt;3/subgt;·DPbZrOsubgt;3/subgt;；式中：0.01＜A＜0.55；0.01＜B＜0.7；0.1＜C＜0.6；0.01＜D＜0.7；0.0≤X＜0.1；0.0≤Y＜0.1；0.0≤Z＜0.1；A、B、C、D、X、Y、Z为摩尔数，且A+B+C+D=1；在上述配方组成中，A、B、C、D、X、Y和Z为摩尔数，且A+B+C+D=1。根据上述配方组成，按化学计量比进行配料，还提供了一种制备方法。本发明优点在于采用本发明的材料配方组成和制备工艺，能获得介电常数ε：7800；压电应变常数d33:870pc／N的高介电常数压电陶瓷材料，其压电综合性能满足了核电奥氏体焊缝检测的双矩阵探头等多种型号的高性能超声探头的使用要求。

技术领域

本发明涉及电子元器件制造技术领域，特别是应用于超声波探伤探头，具体地说是一种核电奥氏体焊缝检测用高介电压电材料及制备方法。

背景技术

由于国家对核电发展的重视，国内核电站数量会大量增加，截至目前，涉及核电规划的省份已经增加到21个，占据了中国的2/3。而核电的安全是被首要关注的问题，其中超声无损检测对于核电设备的检验是必不可少的重要方法，在核电的设备制造和日常安全运行中占据着相当大的比重。奥氏体钢焊接工艺由于具有良好的机械强度、耐腐蚀性和韧性等优点而被广泛应用于核电、造船等工业部门。奥氏体钢焊缝材料中含有大量的粗晶，再加上焊接材料在凝固期间生成了树枝状或纤维状的取向晶粒，超声波在其中传播衰减很大，超声检测灵敏度降低，尤其是在大厚度奥氏体不锈钢焊缝中超声波传播的路径甚至会发生剧烈的变化，对于此类材料中缺陷的定位和定量一直是无损检测技术研究中的一个重要研究课题。

超声无损检测是通过超声波探头来实现超声波的发射和接收，从而判断有无缺陷，而压电陶瓷是超声探头的核心材料，目前行业内普遍使用双矩阵探头对核电奥氏体焊缝进行检测以提高检测效果。但目前由于双矩阵探头，每个子阵元面积较小，需要压电陶瓷的介电常数在7500以上，目前行业内压电陶瓷介电常数为6500，普遍偏低，导致制备的双矩阵探头电学阻抗一直偏小，无法与检测仪器很好的匹配，导致检测核电奥氏体焊缝这种粗晶材料时一直灵敏度不足。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的现状，而提供一种高介电常数、高压电应变常数、能极大提升对核电奥氏体粗晶材料检测灵敏度的一种核电奥氏体焊缝检测用高介电压电材料及制备方法。

在Pb（Ni_1／3·Nb_2／3）O₃－PbTiO₃－PbZrO₃ 、Pb（Zn_1／3·Nb_2／3）O₃－PbTiO₃－PbZrO₃ 、Pb（Fe_1／3·Sb_2／3）O₃－PbTiO₃－PbZrO₃等多元系统压电陶瓷材料在准同型相界（MPS）附近有异常突出的介电和压电性能，产生强压电性的主要原因：其一，准同型相界处，材料的结构一般是三方和四方相两相共存，三方相有8个可能的极化方向，四方相有6个可能的极化方向，在两相共存的相界处就有14个可能的极化方向，有利于电畴沿电场方向取向；其二，相界处结构中的空位及缺陷较多，在外电场的作用下，电畴易于取向，可出现大的极化性质；其三，三方和四方相两种晶体结构的能量很接近，并且在外界条件变动时，如施加电场或应力，则发生一种结构的扩大，另一种结构的缩小，正是这种结构活动性使得相界附近的组成具有介电性和压电性的极大值。