[其他]低温烧结PZT压电陶瓷材料及其在独石压电变压器中的应用

说明书

本发明涉及一种低温烧结压电陶瓷材料组成及其在独石压电变压器方面的应用。

通常的压电陶瓷大都要在1200℃～1300℃烧结，PbO的挥发比较严重。这样，既造成环境污染，又带来材料组分的偏差，影响性能。若要制作多层压电器件，还要大量贵金属做内电极。美国Illinois大学D.E.威特默（D.E.WITTMER）曾在锆钛酸铅（简称PZT）压电陶瓷中掺入五氧化二钒（V₂O₅）实现低温烧结（见美国专利4283228）。但它必须用化学共沉淀法制备高纯原料，不便于大批量生产，而且降低烧结温度后，会造成某些压电性能的恶化，例如压电常数d₃₃下降，介质损耗角正切tgδ上升等。

本发明目的是提供一种改进的瓷料组成，采用普通化工原料，常规烧结，达到既大幅度降低烧结温度，又使瓷料具有优良的压电性能。

本发明是这样实现的。在PZT压电陶瓷基料中加入硼-铋-镉低熔玻璃。基料的组成可为Pb（ZrxTi_1-x）O₃+（0.1～0.4Wt%）MnO₂，0.46≤X≤0.54，硼-铋-镉低熔玻璃的组成可为XBO₁₅-YBiO₁₅-ZCdO，X+Y+Z＝1、0.25≤X≤0.35，0.20≤Y≤0.30，0.40≤Z≤0.50。

基料的制备是按上述化学式配料，混合磨细（60-80目）后，经850℃～900℃预烧、磨细（120目）过筛。低熔玻璃的制备是配料混合磨细（120目）后，经900℃～1000℃烧至熔融，淬火急冷、磨细（200目）过筛。

低温烧结瓷料的制备是将上述基料添加2-5wt%的玻璃，混合磨细（200-300目）而得。

性能测试所用的样品制备是将瓷料干压成型后，经950℃～1000℃烧成，极化、极化电压4-5KV/mm，极化温度120℃，极化时间10～20分、极化后一天测试性能：d₃₃-（250～400）×10¹²（C/N），Kp＝0.50～0.58，Qm＝800～1100，ε^T₃₃/ε_O＝800～1200，ρ＝7.5～7.7g/Cm³。低温烧结与普通高温烧结PZT压电陶瓷性能以及美国专利4283228所报导的性能比较见表一。

由表一可以看出，在相同的基料组成情况下，添加硼-铋-镉玻璃后，瓷料的烧成温度降低了250℃～300℃，压电性能不仅没有降低。反而有所提高。例如Kp、Qm、d₃₃等主要性能参数均有显著提高，而介质损耗tgδ大大降低。这是本发明的一个十分显著的特点。由上表同样可看出，与美国专利相比，在烧成温度相当的情况下，本发明的d₃₃值比该专利提高一倍。tgδ降低数倍，而且是用普通化工原料，有利于降低成本与批量生产。因此，本发明的优越性是显而易见。

本低温烧结瓷料已成功地用于制作独石压电变压器。这种变压器具有驱动电压低。（可低达零点几伏特），升压比高（交流空载升压比可高达5000以上），体积小、重量轻，可以一次烧成和整体极化，性能规格机动可调，便于大批量生产等优点。适用于静电吸附、静电超微量喷雾、激光器、夜视仪、阴极射线示波管以及其他各种设备的高压电源。特别适用于便携式电子设备中所需的高压电源。该种瓷料在其它压电器件方面也有重要用途。

表一