CN101475372A - 一种高性能表面声波换能器用压电陶瓷材料 - Google Patents
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Abstract
一种高性能表面声波换能器用压电陶瓷材料，它以Pb3O4(工业纯)、TiO2(化学纯)、Nb2O5(化学纯)、La2O3(化学纯)、CeO2(化学纯)、MnO2(化学纯)为原料，其重量组成按化学计量式：(Pb1－(3/2)xLax)(Ti1－y－zMnyNbz)O3+amol％CeO2计算，其中x＝0.01－0.05，y＝0.005－0.05，z＝0.01－0.10，a＝1.0－10.0；采用常规精细陶瓷材料制备方法制得。利用本发明压电陶瓷材料所制得的压电陶瓷元件，一般d33在70PC/N左右，ε33 T/ε0在300左右，Kt在0.55左右，Kp在0.068左右。其厚向机电耦合系数大，径向机电耦合系数小，介电常数适中，综合性能好。
Description
技术领域：本发明属电子材料领域，涉及一种高性能表面声波换能器用压电陶瓷材料。
背景技术：表面声波式触摸屏输入是一种最新颖的触摸输入技术，常用的触摸屏有压力式、电容式、电阻式、红外式；表面声波式触摸屏是由传送换能器、接收换能器、反射板及控制器所组成。它不采用膜层结构，而是采用高性能的压电陶瓷换能器。该换能器在屏面上看不见，但能发送耳朵听不到的表面声波。位于触摸输入屏四周的反射阵列对表面声波进行空间取样，再次向多路平行路径反射。位于各发送器对面的反射声波检测阵列合成每束反射声波，变成连续的反射声波，交替地对水平和垂直方向进行扫描。手指一触摸到触摸输入屏某个部位，该部位的表面波强度便能与触摸压力成正比地衰减。压电陶瓷晶片是表面声波触摸屏的关键材料，其性能的好坏直接影响到触摸屏的灵敏度和分辨率等。触摸屏工作时，人的手指按压触摸屏的平面，要吸收、分辨和转换压力信号，换能器在一定的方向上必须有一定的灵敏度和分辨率，而且受其他方向的影响要小。现有技术中的声波触摸屏大多有分辨率不高、灵敏度相对较低的缺点，导致触点漂移、响应时间过长、反应速度较慢，例如利用重庆26所生产的PT材料、无锡海鹰生产的PT-7材料和荷兰菲利普产的PXE11材料制作的声波屏便是如此。其主要原因是其所用的压电陶瓷材料综合性能差。随着信息化产业的不断发展，随着表面声波触摸屏在不同行业领域使用的推广，对触摸屏用压电陶瓷材料的性能也提出了更高的要求。其一是由于器件工作在厚度扩张模式，要求厚度机电耦合系数Kt要高，使得机电转换效率高，并有利于获得好的分辨率；二是径向机电耦合系数Kp要低，也就是Kt>>Kp，以获得大的各向异性，抑制横向寄生振动的干扰；三是介电常数要适当低，以利于器件工作在高频并减少电容过高产生的杂波。
发明内容：本发明的目的是提供一种高性能表面声波换能器用压电陶瓷材料，使之使用于表面声波触摸屏中，获得较高的灵敏度和分辨率，以有效地克服现有技术压电陶瓷材料分辨率不高、灵敏度相对较低，不能满足高档表面声波换能器使用要求的弊端。本发明的目的是以如下技术方案实现的：
以Pb3O4(工业纯)、TiO2(化学纯)、Nb2O5(化学纯)、La2O3(化学纯)、CeO2(化学纯)、MnO2(化学纯)为原料，其重量组成按化学计量式：(Pb1-(3/2)xLax)(Ti1-y-zMnyNbz)O3+amol％CeO2计算，其中x＝0.01-0.05，y＝0.005-0.05，z＝0.01-0.10，a＝1.0-10.0；采用常规精细陶瓷材料制备方法制得。
为使利用本发明材料制得的压电陶瓷元件能够获得较为理想的压电常数d33(PC/N)、介电常数ε33 T/ε0、厚度机电耦合系数Kt和径向机电耦合系数Kp，并具有较佳的综合性能，优选x＝0.025-0.035，y＝0.025-0.035，z＝0.015-0.05，a＝3.0-7.0。
利用本发明压电陶瓷材料所制得的压电陶瓷元件，一般d33在70PC/N左右，ε33 T/ε0在300左右，Kp在0.55左右，Kt在0.068左右。其厚向机电耦合系数大，径向机电耦合系数小，介电常数适中，综合性能好，具有实际使用价值和广阔的商业应用前景。与现有技术声波触摸屏压电陶瓷元件列表比较如下：
具体实施方式：
实施例1：按化学式(Pb1-(3/2)xLax)(Ti1-y-zMnyNbz)O3+amol％CeO2，其中x＝0.01，y＝0.005，z＝0.01，a＝5计算，称取Pb3O4(工业纯)、TiO2(化学纯)、Nb2O5(化学纯)、La2O3(化学纯)、CeO2(化学纯)、MnO2(化学纯)，用去离子水作为介质，在球磨机内混磨24小时，然后出料烘干，在890℃下预烧3小时，预烧料再经24小时球磨、烘干、过60目筛，即制得本发明压电陶瓷材料。将该压电陶瓷材料加20wt％的PVA，经轧膜成型、在800℃/1小时排胶后烧成、烧成制度为1130～1180℃/1～3小时，烧成后的样品经过打磨、抛光、超声清洗、上电极、在5～6KV/mm，30min，90～110℃条件下极化，放置24小时后测试性能，即得到供使用的压电陶瓷元件。其机电性能为d33＝44PC/N，ε33 T/ε0＝220，Kp＝0.18，Kt＝0.43。
实施例2：根据实施例1，其中x＝0.05，y＝0.05，z＝0.10，a＝5，利用该材料制得压电陶瓷元件的机电性能为d33＝50PC/N，ε33 T/ε0＝240，Kp＝0.15，Kt＝0.44。
实施例3：根据实施例1，其中x＝0.02，y＝0.02，z＝0.05，a＝5，利用该材料制得压电陶瓷元件的机电性能为d33＝60PC/N，ε33 T/ε0＝260，Kp＝0.12，Kt＝0.48。
实施例4：根据实施例1，其中x＝0.025，y＝0.025，z＝0.05，a＝5，利用该材料制得压电陶瓷元件的机电性能为d33＝70PC/N，ε33 T/ε0＝300，Kp＝0.068，Kt＝0.55。
实施例5：根据实施例1，其中x＝0.035，y＝0.035，z＝0.05，a＝8，利用该材料制得压电陶瓷元件的机电性能为d33＝65PC/N，ε33 T/ε0＝280，Kp＝0.08，Kt＝0.52。
实施例6：根据实施例1，其中x＝0.025，y＝0.035，z＝0.015，a＝8，利用该材料制得压电陶瓷元件的机电性能为d33＝55PC/N，ε33 T/ε0＝265，Kp＝0.09，Kt＝0.50。
Claims (2)
1、一种高性能表面声波换能器用压电陶瓷材料，其特征在于它以Pb3O4(工业纯)、TiO2(化学纯)、Nb2O5(化学纯)、La2O3(化学纯)、CeO2(化学纯)、MnO2(化学纯)为原料，其重量组成按化学计量式：(Pb1-(3/2)xLax)(Ti1-y-zMnyNbz)O3+amo1％CeO2计算，其中x＝0.01-0.05，y＝0.005-0.05，z＝0.01-0.10，a＝1.0-10.0。
2、根据权利要求1所述的表面声波换能器用压电陶瓷材料，其特征在于x＝0.025-0.035，y＝0.025-0.035，z＝0.015-0.05，a＝3.0-7.0。
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