[发明专利]可用于500℃以下振动测量的SBT基压电陶瓷及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种可用于500℃以下振动测量的SBT基压电陶瓷及其制备方法与应用，该压电陶瓷组分组成由通式Sr_1‑3x/2A_xBi₄Ti₄O₁₅+y wt％M_αO_β表示，通式中，A为Gd或Ce中的一种，M_αO_β为MnO₂、Cr₂O₃、Gd₂O₃或CeO₂中的一种，y wt％表示对应组分占Sr_1‑3x/2A_xBi₄Ti₄O₁₅的质量百分比；x、y取值分别为：x＝0～0.1，y＝0～0.5，x、y取值不同时为0。该SBT基压电陶瓷采用传统的固相烧结法经过球磨、煅烧、成型、烧结和极化等工艺过程制备而成，可应用于振动测量器件中。该SBT基压电陶瓷具有高的居里温度、压电系数以及低的介电常数温度系数，同时还具有优异的温度稳定性，可以采用普通化学纯级原料经传统的电子陶瓷制备技术获得，工艺成熟，流程简单，易于实现，有利于工业化规模生产。

技术领域

本发明属于材料科学与工程领域，具体涉及一种可用于500℃以下振动测量的SBT基压电陶瓷及其制备方法与应用。

背景技术

航空发动机在其研发阶段需要对整个装备的运转状态进行监测和分析，通过振动测量器件采集振动信号进行必要的频谱处理以及包络处理，来判断发动机的结构缺陷(如转子不平衡等)以及潜在威胁。但发动机在运转状态下的温度很高(如压气机外壳、附件机匣等位置的温度通常在200℃以上)，某些内核部位(如燃烧室附近)往往会超过300℃，需要装载可耐高温的振动测量器件用于发动机振动状态的监测。燃气轮机由于其工作条件恶劣、各类故障频发使得其运行安全性与稳定性也受到极大的关注，而其中以燃机高温部件最具代表性，也亟需耐高温的振动测量器件对这些高温部件进行振动监测来提前发现故障早期征兆。

压电加速度传感器作为常用的耐高温振动测量器件，其核心部件是其敏感元件——压电陶瓷。一般而言，压电陶瓷材料的服役温度往往被限制在其居里温度(T_c)的3/5以下。对于压电陶瓷这类铁电多晶材料而言，随着环境温度的升高，固有偶极子的取向变化会导致介电常数逐渐增大，进一步导致压电系数发生漂移。因此，为了使传感器能够在300℃以上的高温环境下正常工作，迫切需要居里温度(T_c)高于500℃且具有高压电系数(d₃₃≧14pC/N)和低介电常数温度系数(TK_ε/500℃≦10^-2/℃)的压电陶瓷。