一种超声波测井用压电材料及其制备方法，其化学式为(1-x)Pb(ZryTi1-y)O3-x(Ag0.5Na0.5)NbO3+0.01molCr2O3+mmolBi2O3+nmolSc2O3，其中x=0.01-0.08；y=0.50-0.55；m=0.01-0.05；n=0.01-0.05；合成温度在800-960℃，保温1-6小时；烧成温度1200-1350℃，保温1-6小时；用120-150℃，3000-6000V/mm直流电压下油浴极化20-60分钟；其居里温度大于360℃，200℃范围内性能变化小，压电性能大于460pC/N；可满足超声波测量深井时高分辨率测井需求，且工艺简单、成本低，易规模化生产，极具应用前景。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】一种超声波测井用压电材料及其制备方法，其化学式为(1-x)Pb(ZryTi1-y)O3-x(Ag0.5Na0.5)NbO3+0.01molCr2O3+mmolBi2O3+nmolSc2O3，其中x=0.01-0.08；y=0.50-0.55；m=0.01-0.05；n=0.01-0.05；合成温度在800-960℃，保温1-6小时；烧成温度1200-1350℃，保温1-6小时；用120-150℃，3000-6000V/mm直流电压下油浴极化20-60分钟；其居里温度大于360℃，200℃范围内性能变化小，压电性能大于460pC/N；可满足超声波测量深井时高分辨率测井需求，且工艺简单、成本低，易规模化生产，极具应用前景。【专利说明】
本专利技术属于超声换能器领域的压电材料基制备方法，特别涉及。
技术介绍
超声波测井在石油勘探和地球物理勘探中起着重要的作用。目前采用的超声波测井是利用发射换能器在井下发出超声波，在地下介质中传播，经过一定时间衰减后，被接收换能器接收，通过对衰减声波信号分析，判断地下的有关地质构造，即可以了解裂缝地层的裂缝密度、倾角、方位以及缝洞分布情况，为勘探和开发缝裂储集层提供可靠的地质基础资料；而获取的储集层地质参数，对于评价石油产量和储量意义重大；此外在套管中进行超声成像时，还可以了解孔位置，因施工生产而使套管损坏情况，为修井提供资料，以全方位、清晰、直观的图像来识别套管腐蚀情况。由于超声波测井具有分辨率高、应用成本低、使用方便、资料解释直观等优点，目前已成为油田开发中一种有效的测井手段，同时也广泛应用于水文、地质、煤炭工程建设勘探等领域。近年来，随着地质和石油勘探的深入，勘探的难度越来越多，5000米以上的深井的测井技术面临着许多地质和工程方面的难题，其中深井探测的重要部件-深井超声换能器的匮乏是关键的技术瓶颈。这是因为在测井过程中，实际温度随深度在不断变化，造成使用的超声测井换能器的性能发生改变。当温度升高到一定程度时，会造成回波幅度相当低，以至于无法接收到回波，使得测井无法完成。解决这一问题的关键在于深井超声换能器的核心元件-压电材料不仅要性能良好以满足分辨率的需要，而且要满足深井使用环境，即能耐200°C左右的高温的要求。目前常规的压电材料难以满足这一要求。铌酸锂晶体能耐高温，但是其压电性能太低d33只有6pC/N，钨青铜矿结构的偏铌酸铅压电陶瓷材料的居里温度高达570°C，非常适合300°C以下的高温应用。但`是其压电活性也只有80pC/N，在石油深井探测中，其灵敏度还是不够理想，难以获取高清晰的信号。锆钛酸铅(PZT)压电陶瓷材料具有优异的压电性能，是目前应用最广泛的压电材料之一。当锆钛的质量摩尔比Zr:Ti=52:48时，PZT处于三方相和四方相之间的MPB区域，此时的压电性能较好，作为超声换能器材料时，具有很好的接收灵敏度，回波幅度高，成像图像好，不过它的居里点只有300°C左右，适合于120°C以下的温度使用，不能满足深井探测的耐200°C高温的应用需求。
技术实现思路
随着深井探测需求的发展，对压电材料的期望和要求也越来越高，不仅压电性能良好，还要求能耐200°C左右的高温，这样才能解决在几千米以上深井中进行高分辨率的测井勘探需求；本专利技术的目的旨在提供一种超声波测井用锆钛酸铅基压电材料及其制备方，解决超声波深井测井中的探测需要；由于ABO3型钙钛矿结构具有很大的可调性，(即A、B位上的离子填充时只要满足容差因子0.75 < t < 1.0时，都可以保持钙钛矿的结构)，加上PZT可以与某些居里温度高的化合物形成新的多元系固溶体，因此，就有可能实现压电性能在较高温度范围内保持稳定的同时，又不发生结构相变，大大提高其耐温性能。本专利技术的技术方案如下:本专利技术提供的超声波测井用锆钛酸铅基压电材料，其化学组成式为:(1-x)Pb (ZryTi卜y) 03-x (Ag0.5Na0.5)Nb03+0.01molCr203+mmolBi203+nmolSc203,其中(1-χ)Pb (ZryTi1^y)O3 和 X(Aga5Naa5)NbO3 为基体材料，(l-χ)和 χ 为质量摩尔数，χ=0.01-0.05 ；y=0.50-0.55 ；Cr203> Bi2O3和Sc2O3为基体外添加组分，Cr2O3的质量摩尔数为0.01，Bi2O3的质量摩尔数m=0.01-0.05 ；Sc2O3的质量摩尔数n=0.01-0.05。本专利技术提供的超声波测井用锆钛酸铅基压电材料的制备方法，其步骤如下:(I)以(l-χ) Pb (ZryTi 卜 y) O3-X (Ag0.5Na0.5) Nb03+0.01molCr203+mmolBi203+nmolSc203化学组成式中的化学计量比及质量摩尔数称取组成式中化合物的分析纯物料Pb304、ZrO2, TiO2, Ag2CO3' Na2CO3' Cr2O3> Bi2O3 和 Sc2O3 进行配料，其中 x=0.01-0.05 ；y=0.50-0.55 ；m=0.01-0.05 ；n=0.01-0.05 ；(2)将上述配料置于球磨机中进行第一次湿法球磨混料，之后烘干后压块合成，合成温度为800-960°C保温1-6小时；(3)合成料块粗碎后再进行第二次湿法球磨，烘干后加入聚乙烯醇粘结剂造粒成型，聚乙烯醇粘结剂的加入量为二次球磨烘干后料粉的重量比5wt%，造粒成型压力为150MPa ；(4)将成型后的粒状坯体在800_900°C马弗炉中保温2_4小时排胶；(5)再放入氧化铝坩埚中，在高温炉中烧结成瓷；(6)将烧结的瓷体上电极后，在油浴中进行油浴极化，得超声波测井用锆钛酸铅基压电材料；所得超声波测井用锆钛酸铅基压电材料的化学组成式为(1-X)Pb(ZryTih)03-x (Ag0.5Na0.5) Nb03+0.01molCr203+mmolBi203+nmolSc203,其中(I_x) Pb (ZryTi卜y) O3 和X(AgzNah)NbO3 为基体材料，(l-χ)和 χ 为质量摩尔数，χ=0.01-0.05 ；y=0.50-0.55 ；Cr2O3> Bi2O3和Sc2O3为基体外添加组分，Cr2O3的质量摩尔数为0.01，Bi2O3的质量摩尔数m=0.01-0.05 ；Sc2O3 的质量摩尔数 n=0.01-0.05。所述步骤(5)烧结条件为1200-1350°C烧结，并保温l_6h。所述油浴极化条件:所述步骤(6)条件:120-150°C油浴中，施加直流电压为3000-6000V/mm，油浴极化时间20-60分。本专利技术制备的超声波测井用锆钛酸铅基压电材料采用ZJ-3A准静态测试仪测量压电常数，按国家标准GB/T3389.3-2001测量居里温度和标准GB/T2414.1-1998测量机电耦合系数，所用测量仪器为安捷伦4294阻抗分析仪；图1为本专利技术的超声波测井用锆钛酸铅基压电材料(其化学组成式为0.99Pb (Zr0 55Ti0 45) 03_0.01 (Ag0 5Na0 5) Nb03+0.01molCr203+0.05molBi203+0.02molSc203)的电容随温度变化的曲线图；从图1中本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种超声波测井用锆钛酸铅基压电材料，其化学组成式为：(1?x)Pb(ZryTi1?y)O3?x(Ag0.5Na0.5)NbO3+0.01molCr2O3+mmolBi2O3+nmolSc2O3，其中（1?x）Pb(ZryTi1?y)O3和x(Ag0.5Na0.5)NbO3为基体材料，(1?x)、x和y为质量摩尔数，x=0.01?0.05；y=0.50?0.55；Cr2O3、Bi2O3和Sc2O3为基体外添加组分，Cr2O3的质量摩尔数为0.01，Bi2O3的质量摩尔数m=0.01?0.05；Sc2O3的质量摩尔数n=0.01?0.05。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：温建强，
申请(专利权)人：中国科学院声学研究所，
类型：发明
国别省市：
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