專利名稱：低溫?zé)Y(jié)大功率壓電陶瓷變壓器材料及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種壓電陶瓷變壓器材料及其制造方法。
壓電陶瓷變壓器是在結(jié)構(gòu)、變壓原理和使用材料與傳統(tǒng)線繞變壓器截然不同的新型變壓器件，無論升壓型或降壓型壓電陶瓷變壓器，由于它們本身的獨特性能使它在小、輕、薄的微型化電子設(shè)備越來越廣泛使用，如小功率升壓壓電陶瓷變壓器已廣泛用于制造手提電腦、臺式電腦彩色顯示器、數(shù)字相機(jī)、手提攝相機(jī)及各類儀器終端LCD(液晶顯示器)背光高壓電源。由于LCD逐漸取代傳統(tǒng)CRT(冷陰極射線管)，LCD背光壓電陶瓷電源市場的需求量越來越大，已逐步成為較大規(guī)模的產(chǎn)業(yè)。在大功率升壓變壓器方面，已制造出8萬伏高壓靜電噴涂設(shè)備，汽車節(jié)能式高壓點火裝置，激光打印機(jī)和復(fù)印機(jī)高壓電源，并且正在進(jìn)入市場。在發(fā)明人也曾發(fā)明一種鈮鎂酸鉛(Pb(Mg1/3Nb2/3)O3)，鈮錳酸鉛(Pb(Mn1/3Nb2/3)O3)，鈦酸鉛(PbTiO3)和鋯酸鉛(PbZrO3)(PMMN)四元系壓電陶瓷(中國專利，ZL 90 1 082481)。但是，目前制造壓電陶瓷變壓器的壓電材料，主要采用高溫?zé)Y(jié)工藝，燒結(jié)溫度仍在1200℃～1300℃。
由于壓電器件仍采用含鉛(Pb)壓電陶瓷，在此高溫下，PbO(氧化鉛)大量揮發(fā)，這將導(dǎo)致配方的化學(xué)計量偏離而降低材料性能，并造成環(huán)境污染，能耗也相當(dāng)嚴(yán)重(電費(fèi)約占成本45％)。為了適應(yīng)電子產(chǎn)品微型化需要，已廣泛采用表面安裝技術(shù)(SMT)。一些壓電器件采用多層結(jié)構(gòu)，而內(nèi)電極采用Ag-Pt(銀-鉑)或Ag-Pd(銀-鈀)電極，Pt或Pd屬貴金屬。研究表明，燒結(jié)溫度越低，需Pt或Pd量越小，電極成本越低。
本發(fā)明的目的是提供一種材料性能更完善、環(huán)境污染小、耗能及成本低，可在低溫下制備的新壓電陶瓷材料。
本發(fā)明的另一目的是提供這種新壓電陶瓷材料的制備方法。
本發(fā)明在保持原有高溫制備的鈮鎂酸鉛(Pb(Mg1/3Nb2/3)O3)，鈮錳酸鉛(Pb(Mn1/3Nb2/3)O3)，鈦酸鉛(PbTiO3)和鋯酸鉛(PbZrO3)(PMMN)四元系壓電陶瓷，摻入低熔點氧化物，采用過渡液相活化燒結(jié)技術(shù)，將PMMN壓電陶瓷(專利ZL 90 1 082481)燒結(jié)溫度從1200℃～1300℃降低至900℃～980℃，其壓電陶瓷的性能和及用它制備相同尺寸的壓電陶瓷變壓器的特性基本不變。
本發(fā)明的具體方案為采用PMMN四元系壓電陶瓷的基本成分Pb((Mg1/3Nb2/3)A(Mn1/3Nb2/3)BTiCZrDO3+xCeO2+ySrO2。
其中A＝0.025～0.125，B＝0.025～0.125，C＝0.375～0.475，D＝0.375～0.475，A+B+C+D＝1，0.1＜x＜0.5(wt％)，2＜y＜10(mo1％)。
為了降低燒結(jié)溫度，又保持壓電陶瓷性能，在上述配方上用低熔點氧化物SiO2(氧化硅)、Bi2O3(氧化鉍)以及CdO(氧化鎘)進(jìn)行摻雜，使瓷體燒結(jié)初期形成液相促進(jìn)燒結(jié)，保證瓷體致密化和晶粒正常生長，最終進(jìn)入晶格以改善材料性能。
上述低溫?zé)Y(jié)材料的添加物及取代物含量為添加物t Bi2O3(0.1≤t≤1.5wt％)；u SiO2(0.1≤u≤1.2wt％)；取代物v CdO(0.1≤v≤1wt％)。
制造時，按化學(xué)計量稱料后用攪拌球磨機(jī)混合后，合成溫度630℃～680℃，合成粉料已成為上述配方的金屬化合物粉料。對合成粉料加入一定量聚乙烯醇作粘合劑再用攪拌球磨機(jī)細(xì)磨。噴霧干燥，用3000Kg～4000Kg/cm2壓力成型，并以950℃～980℃燒結(jié)1.5～2小時，燒結(jié)后備銀電極進(jìn)行極化，極化電壓4～5kV/mm，時間10～15分鐘。
本發(fā)明的優(yōu)點在于材料性能更完善、環(huán)境污染小、耗能及成本低，可在低溫下制備。本發(fā)明所制造壓電陶瓷材料，其燒結(jié)溫度從1250℃下降至970℃，降低約300℃。而材料性能基本不變，以此材料制造大功率壓電陶瓷變壓器，仍保持原四元系壓電陶瓷材料制造壓電陶瓷變壓器的性能。這種材料可作多層壓電陶瓷升壓變壓器和其它大功率壓電陶瓷器件。
下面結(jié)合實例對本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。實施例PMMN-1-L型壓電陶瓷材料配方及制造方法基本成分Pb((Mg1/3Nb2/3)A(Mn1/3Nb2/3)BTiCZrDO3+xCeO2+ySrO2。其中選取A＝0.059，B＝0.066，C＝0.459，D＝0.416，x＝0.2％(wt)，y＝2mol％。
另外，加入添加物t Bi2O3，u SiO2和取代物v CdO，其中t＝1.1wt％，u＝0.6wt％，v＝0.9wt％。
制造方法按化學(xué)計量稱料后用攪拌球磨機(jī)混合后，合成溫度650℃，合成粉料已成為上述配方的金屬化合物粉料。對合成粉料再用攪拌球磨機(jī)細(xì)磨，加入一定量聚乙烯醇作粘合劑，噴霧干燥，用35000Kg/cm2壓力成型，并以960℃燒結(jié)2小時，燒結(jié)后備銀電極進(jìn)行極化，極化電壓4～5kV/mm，時間10～15分鐘，24小時后進(jìn)行性能測試。
下面是本發(fā)明PMMN-1-L型壓電陶瓷與原發(fā)明PMMN-1型壓電陶瓷(專利ZL 90 1 082481)的特性比較(表1)和制備相同尺寸的壓電陶瓷變壓器的主要性能的比較(表2)。
表1 PMMN-1-L型壓電陶與PMMN-1型壓電陶瓷特性比較Kp Qm d33(10-12C/N) εT33/ε33tgδ ρ(g/cm3) 燒結(jié)溫度PMMN-1 0.643500311 12800.002 7.81250℃PMMN-1-L 0.623700305 15300.00257.83 970℃表2 PMMN-1-L型壓電陶瓷與PMMN-1型壓電陶瓷主要性能比較
權(quán)利要求
1.一種低溫?zé)Y(jié)大功率壓電陶瓷變壓器材料，基本成分為Pb((Mg1/3Nb2/3)A(Mn1/3Nb2/3)BTiCZrDO3+xCeO2+ySrO2，其中A＝0.025～0.125，B＝0.025～0.125，C＝0.375～0.475，D＝0.375～0.475，A+B+C+D＝1，0.1＜x＜0.5(wt％)，2＜y＜10(mol％)，其特征在于滲有添加物Bi2O3、SiO2和取代物CdO，其中添加物和取代物含量為t Bi2O30.1≤t≤1.5wt％，u SiO20.1≤u≤1.2wt％，v CdO 0.1≤v≤1wt％。
2.一種低溫?zé)Y(jié)大功率壓電陶瓷變壓器材料的制造方法，其特征在于按權(quán)利要求1所述化學(xué)計量稱料后用攪拌球磨機(jī)混合后，合成溫度630℃～680℃，合成粉料已成為上述配方的金屬化合物粉料；對合成粉料加入一定量聚乙烯醇作粘合劑再用攪拌球磨機(jī)細(xì)磨；噴霧干燥，以3000～4000Kg/cm2壓力成型，并以950℃～980℃燒結(jié)1.5～2.5小時，燒結(jié)后備銀電極進(jìn)行極化，極化電壓4～5kV/mm，時間10～15分鐘。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種壓電陶瓷變壓器材料及其制造方法。在鈮鎂酸鉛(Pd(Mg
文檔編號C04B35/622GK1413948SQ0213498
公開日2003年4月30日 申請日期2002年10月21日 優(yōu)先權(quán)日2002年10月21日
發(fā)明者鄺安祥, 周桃生, 柴荔英, 陳正國 申請人:深圳富康精密電子陶瓷有限公司