[发明专利]一种提高铋层状压电陶瓷压电稳定性的方法及其应用

说明书

本发明公开了一种提高铋层状压电陶瓷压电稳定性的方法及其应用，该方法首先在较低电场强度的第一电场强度下进行第一次极化处理，第一次极化处理后的陶瓷进行高温老化及高低温循环处理；接着陶瓷在高于第一电场强度的电场强度下进行第二次极化处理，最后再次进行高温老化及高低温循环处理。采用本发明方法处理的铋层状结构压电陶瓷受预紧力及在高温存储下的压电稳定性极好，使用该陶瓷装配的高温压电传感器的灵敏度变化小于3％，拥有更好的耐受预紧力及对温度的稳定性，这极大推进了高温压电传感在高温环境下的实际应用。

技术领域

本发明属于压电陶瓷制品生产技术领域，具体涉及一种提高铋层状压电陶瓷压电稳定性的方法及其应用。

背景技术

近年来，压电传感器的应用范围不断扩大，应用环境也逐渐向高温环境延伸，例如在航空发动机、燃气轮机、地热能开发、地质勘探、核能反应堆等对高温压电传感器的应用需求量上不断增加。

由于铋层状结构压电陶瓷具有居里温度高、介电损耗低、电阻率高等优点，是目前482℃高温压电传感器可选的最佳压电材料。近年来，通过化学掺杂的方式，铋层状结构压电陶瓷的压电性能得到了极大的提升，这十分有利于研制出性能优异的高温压电传感器。但是普通的铋层状结构压电陶瓷的压电性能在高温下稳定性较差，衰减较为明显，这又极大的制约了高温压电传感器在高温环境下的实际应用。

应用于高温压电加速度传感器的压电陶瓷在装配过程中需要经过1500～3000N预紧力，且还需在高温环境(实际使用温度482℃)保温24～48h，压电陶瓷会出现退极化现象，出现压电性能不稳定、衰减过多；从而导致最终的传感器的灵敏度经过高温环境后性能出现衰减，约下降超过10％～15％，难以满足实际应用需要，极大制约了高温压电传感器的实际应用。因此，如何提高铋层状结构压电陶瓷在受预紧力和高温环境作用下的压电稳定性对高温压电传感器的实际应用至关重要。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的铋层状结构压电陶瓷在受预紧力和高温环境作用下的压电稳定性较差，导致由其制备得到的压电传感器灵敏度难以满足实际应用需要的技术问题，提供一种提高铋层状压电陶瓷压电稳定性的方法及其应用。

为了实现本发明的上述目的，本发明采用以下技术方案，

一种提高铋层状压电陶瓷压电稳定性的方法，该方法包括以下步骤：

将预进行处理的铋层状结构压电陶瓷材料依次进行第一次极化处理、第一次高温老化处理和第一次高低温循环处理；然后依次进行第二次极化处理、第二次高温老化处理和第二次高低温循环处理，得到处理后的铋层状结构压电陶瓷材料；

所述第一次极化处理在第一电场强度和第一温度下进行；所述第二次极化在第二电场强度和所述第一温度下进行，所述第一电场强度小于第二电场强度，所述第一次老化处理和第二次老化处理均在第二温度下进行，所述第一次高低温循环处理和第二次高低温循环处理的处理温度相同，均在第三温度和第四温度之间连续进行多次循环。

进一步地，所述预进行处理的铋层状结构压电陶瓷材料的临界击穿电场强度为12～14KV/mm，所述第一电场强度为10～11KV/mm，第二电场强度为11～14KV/mm。

进一步地，所述第一温度为160～180℃。

进一步地，进行所述第一次老化处理和第二次老化处理时，第二温度高于所述处理后的铋层状压电陶瓷预应用温度30～80℃，在所述第二温度下保温处理24～96h完成老化。

更进一步地，所述预应用温度为482℃。

进一步地，所述第三温度为-65～-55℃，所述第四温度为120～150℃。

进一步地，所述第一次极化处理和所述第二次极化处理的极化时间均为30～50min。