本发明专利技术公开了一种四元系弛豫型压电单晶材料及其生长方法，其化学式为xPb(Mg1/3Nb2/3)O3-yPb(In1/2Nb1/2)O3-zBiAlO3-(1-x-y-z)PbTiO3，其中0﹤x﹤1，0﹤y﹤1，0﹤z﹤1且x+y+z﹤1。生长方法为：称取除铅之外的氧化物原料，在高温下预烧；将预烧后的物料与铅的氧化物混合压块；然后在500～1250℃下保温3～20h，继续升高温度至1340～1410℃，保温3～15h，使起始料全部熔化，以0.1～1.2mm/h速度下降逐渐结晶，界面温度梯度为20～100℃/cm；生长完毕，以10～300℃/h速度冷却到室温。本发明专利技术的方法可根据需要生长不同取向、不同形状和不同尺寸的压电晶体，具有工艺设备简单、操作方便、一炉多产等优点，适合于工业规模化晶体的生长或生产。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种，其化学式为xPb(Mg1/3Nb2/3)O3-yPb(In1/2Nb1/2)O3-zBiAlO3-(1-x-y-z)PbTiO3，其中0﹤x﹤1，0﹤y﹤1，0﹤z﹤1且x+y+z﹤1。生长方法为：称取除铅之外的氧化物原料，在高温下预烧；将预烧后的物料与铅的氧化物混合压块；然后在500～1250℃下保温3～20h，继续升高温度至1340～1410℃，保温3～15h，使起始料全部熔化，以0.1～1.2mm/h速度下降逐渐结晶，界面温度梯度为20～100℃/cm；生长完毕，以10～300℃/h速度冷却到室温。本专利技术的方法可根据需要生长不同取向、不同形状和不同尺寸的压电晶体，具有工艺设备简单、操作方便、一炉多产等优点，适合于工业规模化晶体的生长或生产。【专利说明】
本专利技术属于压电晶体材料领域，具体涉及一种与PMN-PIN-PT有关的四元系压电 单晶及其生长方法。
技术介绍
压电材料是利用压电效应来实现电能和机械能之间直接相互转换的重要功能材 料，在日常生产生活中有着广泛的应用，如压电驱动器、压电点火器、声音转换器、压电引 爆器、超声波探测仪等等，是构成滤波器、换能器、传感器、压电变压器等电子元件的重要部 件，已成为21世纪高新技术的主要研究方向之一。长久以来二元压电陶瓷锆钛酸铅（PZT) 由于其较高的居里温度以及稳定的性能被广为使用。然而随着科学技术的不断发展，各种 高性能、高精度仪器的制作对压电材料的性能又提出了更高的要求。在这种背景下出现了 铌镁酸铅-钛酸铅（PMN-PT)以及铌锌酸铅-钛酸铅（PZN-PT)弛豫型铁电压电单晶，其应变 量是PZT陶瓷的10倍以上，压电系数d 33和机电耦合系数k33比通常为600pC/N和70%左右 的PZT压电陶瓷要高出许多，分别达到2500pC/N和92%以上，被认为是压电领域50年来的 最激动人心的一次突破，引起铁电和压电领域学者的极大关注。弛豫型铁电单晶PMN-PT和 PZN-PT由于其在准同型相界（MPB)附近优异的压电性能已经被各地的研究人员开发利用， 其不仅仅在医用换能器领域上有所应用，在水声换能器以及超声马达等领域也有很好的表 现。 弛豫型铁电单晶PMN-PT和PZN-PT虽然具有异常优异的压电性能，但是也有其自 身的不足，PMN-PT和PZN-PT的相变温度太低，分别只有75°C和70°C。较低的相变温度使 其工作环境有着极其严格的要求，从而也在很大程度上限制了其应用范围。后来开发出了 一种新的弛豫型铁电单晶 PMN-PIN-PT，其相变温度达到119°C，较PMN-PT和PZN-PT有了很大的提高。同时 其也具有异常优异的压电性能、压电常数和机电耦合系数分别为2200pC/N和92%，是一种 综合性能十分优异的压电单晶材料。
技术实现思路
本专利技术在弛豫型铁电单晶材料PMN-PIN-PT的基础上引入了另外一种组元 BiA103，形成了一种新的具有优异性能的四元系弛豫型压电单晶材料xPb (Mg1/3Nb2/3) 03?ΡΒ(Ιη1/2ΝΙν 2)03-ζΒ?Α103-α-χι-ζ)Ρ?3--03。其如 PMN-PIN-PT -样不仅具有优越的压 电、机电耦合性能和较小的介电损耗，同时也具有很高的相转变温度，能够在更加广泛的场 合下应用，这一系列的优势使得它在超声换能器、驱动器和传感器件等方面有着非常巨大 而广泛的应用前景。 本专利技术的目的在于提供一种四元系弛豫型压电单晶材料，所述压电单晶材料的化 学式为xPMMg^NlvOOfyPbanwNlvJOfzBiAlOfa-x-y-zWbTiCV其中0 < X < 1，0 < y < 1，0 < z < 1 且x+y+z < 1。优选地，0· 2 彡 X 彡 0· 5,0· 2 彡 y 彡 0· 5,0· 01 彡 z 彡 0· 3， 更优选地0. 07彡Z彡0. 28。本专利技术的压电单晶材料还可以掺杂有此、0、&1、？6和/或？ 原子，掺杂量的摩尔分数于生长晶体时不超过总物料的5%。 本专利技术的另一目的在于提供一种生长本专利技术的四元系弛豫型压电单晶材料的方 法，所述方法为坩埚下降法，具体包括如下步骤： 步骤 A)按 xPb (Mg1/3Nb2/3) 03-yPb (In1/2Nb1/2) 03-zBiA103_ (Ι-χ-y-z) PbTi03 的化学计 量比称取Mg0、Nb205、In203、Ti0 2、Bi203和A1203,混合均匀成粉末，然后在900?1250°C的温 度下预烧 2 ?20h，其中 0<x< l，0<y< 1，0<ζ< 1 且 x+y+z < 1 ; 步骤B)将步骤A)预烧后的物料与按化学计量比称取的铅的氧化物混合均匀，压 成块体得晶体生长用起始料； 步骤C)将晶体生长用起始料装入放有籽晶的坩埚中，将坩埚置入下降炉内； 步骤D)在500?1250°C温度下保温3?20h，继续升高温度至1340?1410°C， 保温3?15h，使晶体生长用起始料全部熔化，并使籽晶的顶部熔化，然后坩埚以0. 1? 1. 2mm/h速度下降，逐渐结晶生长成为晶体，生长界面的温度梯度为20?100°C /cm ; 步骤E)待晶体生长完毕，以10?300°C /h的速度冷却到室温，得到四元系弛豫型 压电单晶材料。 进一步地，步骤A)中，还可称取Mn02、Cr20 3、Cu0、Fe203 和/或PbF2等原料掺杂其 中，掺杂量的摩尔分数不超过总物料的5%。 步骤A)中，优选地在1100?1250°C的温度下预烧8?15h ;步骤B)中，所述铅的 氧化物为PbO、Pb304或它们二者的混合物。 步骤B)中将步骤A)预烧后的物料与按化学计量比称取的铅的氧化物混合均匀， 然后在700?1000°C下预烧1?8h，再压成块体得晶体生长用起始料，优选地，在700? 800°C下预烧2?5h，或者在800?1000°C下预烧1?3h，再压成块体得晶体生长用起始 料。 步骤C)中籽晶可以是选定的取向为（111)、（001)、（110)或（211)的籽晶。步 骤 C)中的籽晶为 Pb(Mg1/3Nb2/3)03-PbTi03、Pb(Mg 1/3Nb2/3)03-Pb(In1/2Nb1/2)0 3-PbTi03 或 xPb (Mg1/3Nb2/3) 03_yPb (In1/2Nb1/2) 03-zBiA103- (Ι-χ-y-z) PbTi03 晶体。 步骤C)中坩埚的材料为钼金或者铱金；当选用铱金坩埚时，本领域普通技术人员 应当知道是在还原气氛或者惰性气氛保护下进行，如氩氢混合气或者氩气等。坩埚经密封 后置入下降炉内。 步骤D)中优选地在800?1200°C温度下保温8?12h，继续升高温度至1350? 1400°C，保温4?12h，坩埚以0. 3?0. 8mm/h速度下降，生长界面的温度梯度为20?80°C / cm ;步骤E)中优选地，冷却速度为30?80°C /h。 利用本专利技术的方法生长的单晶的本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种四元系弛豫型压电单晶材料，其特征在于所述压电单晶材料的化学式为xPb(Mg1/3Nb2/3)O3‑yPb(In1/2Nb1/2)O3‑zBiAlO3‑(1‑x‑y‑z)PbTiO3，其中0﹤x﹤1，0﹤y﹤1，0﹤z﹤1且x+y+z﹤1。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：刘锦峰，许桂生，杨丹凤，刘莹，
申请(专利权)人：中国科学院上海硅酸盐研究所，
类型：发明
国别省市：上海;31
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