[实用新型]用于弛豫铁电单晶生长的料棒的制造装置及弛豫铁电单晶制造装置

说明书

本实用新型涉及一种用于弛豫铁电单晶生长的料棒的制造装置，所述装置包括原料熔融区和浇铸控制区，所述原料熔融区具有容纳弛豫铁单晶原料的容纳部和对所述容纳部进行加热的第一加热部；所述浇铸控制区包括供熔体流通过的浇铸控制主体和对所述浇铸控制主体进行加热的第二加热部，所述浇铸控制主体与所述容纳部连接；所述装置还具备用于向所述容纳部通入气体的进气部。根据本实用新型的装置，能够大幅度减少弛豫铁电单晶制备的成本，能提高晶体的出片率。

技术领域

本实用新型属于压电晶体材料领域，具体涉及一种用于弛豫铁电单晶生长的料棒的制造装置。

背景技术

弛豫铁电单晶材料的研究起始于上世纪90年代，多年来一直是国内外铁电压电材料研究领域的热点。弛豫铁电单晶材料具有非常优异的压电性能、如其压电常数d₃₃达到1500pC/N以上，比PZT高4-5倍，电致应变达到1.7％，比PZT陶瓷高一个数量级，机电耦合因数k₃₃达到90％以上，显著高于PZT的70％左右的机电耦合因数。《Science》杂志1997 年3月发表专文对新型弛豫铁电晶体材料作了评述，认为这是半个世纪以来铁电材料领域的一次激动人心的革命。2000年1月，英国《Nature》杂志详细报道了弛豫铁电晶体材料在生长、制备、性能与应用方面的研究进展。近几年来，美国、日本、韩国等国家大规模开展了弛豫铁电单晶材料和器件的研究工作。

弛豫铁电单晶材料应用于换能器，可望大幅度提高换能器的灵敏度、功率，降低体积重量，在宽带、高灵敏度、小型化换能器及基阵中获得重要应用，从而促使我国医用超声成像系统及水声装备实现跨越式发展。

弛豫铁电单晶是一大类晶体材料，其特点是具有ABO₃复合钙钛矿结构。其中A位离子一般为Pb²⁺,B位离子为Zn²⁺,Mg²⁺,Sc²⁺,In³⁺,Nb⁵⁺,Ti⁴⁺等复合离子。因此，铌锌酸铅-钛酸铅[Pb(Zn_1/3Nb_2/3)O₃-PbTiO₃(简写为PZN-PT或PZNT)]，铌镁酸铅-钛酸铅 [Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃-PbTiO₃(简写为PMN-PT或PMNT)]都属于弛豫铁电单晶。视B位离子的不同，还有其它的二元、三元和四元体系。一般来说，弛豫铁电单晶多是固熔体晶体，都有一个共同的组元PbTiO₃，它们在固熔体的准同型相界(MPB)附近，可具有非常优异的压电性能。组分不同的弛豫铁电单晶在钙钛矿相的热力学稳定性、熔化温度、生长习性、相变温度等方面存在差异。如PZN-PT单晶的钙钛矿相的热力学稳定性较差，为非一致熔融晶体，不能采用熔体法生长，一般采用助熔剂法生长，生长可控性差，晶体难长大。而PMN-PT单晶钙钛矿相的热力学稳定性较好，为一致熔融晶体，可采用熔体法生长，生长可控性好，晶体容易长大。在相变温度上，压电性能较好的PZN-PT的居里温度可以在150-170℃，压电性能较好的PMN-PT的居里温度可以在135-145℃。

经过二十年的发展，已形成三代压电单晶，第1代弛豫铁电单晶以二元体系的PMNT为代表，第2代弛豫铁电单晶以三元体系PIMNT单晶为代表，第3代弛豫铁电单晶以Mn掺杂PIMNT单晶为代表。从第一代到第三代，单晶性能从偏软性到偏硬性变化，逐步形成系列化产品，可以满足从接收型换能器到发射型换能器的不同需求。目前已在高端医用超声成像领域获得了广泛的应用，在水声换能器、工业超声、压电驱动器等领域都有着很好的应用前景。