题目：医用无铅超声换能器材料（钛酸铋钠）及其A型诊断探头的研究

本文主要探讨压电材料--钛酸铋钠基无铅压电陶瓷的制备技术研究和超声诊断探头的设计。压电材料是一类重要的、国际竞争极为激烈的高技术新材料。在信息、激光、导航和生物等高技术领域应用广泛。目前，全球在大量使用的压电陶瓷材料仍是传统的含铅压电陶瓷，其中铅元素在组分中含量高达60%以上，由于铅的易挥发性，在生产、制备、使用及废弃处理中都会对环境造成极大的污染。铅中毒造成的危害极大，尤其是对儿童的智力造成很大损伤。随着人们环保意识的日益深入，国际上正积极通过法律、法规、政府指令等形式对含铅的电子产品加以禁止。目前，由于无铅的压电陶瓷从整体性能上还无法替代传统含铅压电陶瓷，它的实际应用就主要集中在某个单项性能的应用。本文就针对A型诊断探头使用的压电材料，对其进行无铅化改性研究。钛酸钡材料是最早开发的压电陶瓷之一，多年来，改性钛酸钡一直在推陈出新，性能不断的在变化。钛酸铋钠基压电陶瓷近几年来一直被认为是最有可能替代含铅材料的一类压电材料。其掺杂改性是材料学家研究的热点。
对于无铅压电陶瓷(1-y)BNT—yBT，当y ﹦0.06时，BNBT系处于准同相界处，体系处于三方—四方相共存。对于无铅压电陶瓷(1-y)BNT—yBT，当y ﹦0.06时，BNBT系处于准同相界处。而且，为使无铅压电陶瓷 (Na1/2Bi1/2)0.94Ba0.06TiO3获得更大的压电性，陶瓷体系的最佳预烧和烧结条件应选择为：预烧温度850℃，烧成温度1160℃。Mn离子主要以+2、+3形式进入晶格取代钙钛矿中的A位或者B位。在少量掺杂情况下（小于0.3wt%），锰离子进入晶格取代A位，表现出较强的“软”性掺杂特征和晶粒长大效应，使得压电常数、介电常数、机电耦合系数增加而机械品质因数降低。当MnO2掺杂大于0.3wt%后，继续加入将会抑制晶粒长大，气孔增多，并且此时锰+3离子将会进入B位取代钛离子，表现出强的“硬”性特征，使得压电常数、介电常数、机电耦合系数降低，机械品质因数增大。对于介电损耗的变化，在掺杂小于0.15wt%范围内，“软性”掺杂起主导地位，介电损耗增大；当掺杂大于0.15wt%以后，主要是晶粒尺寸起主导地位，根据晶粒尺寸随掺杂量的变化，介电损耗表现为先增加后减小的趋势。通过对压电陶瓷介电、压电性能的测试，发现随MnO2的加入陶瓷样品的体积密度、介电常数、压电常数d33、机电耦合系数均表现先增加后减小的趋势。
本工作通过对压电陶瓷介电、压电性能的测试，发现随MnO2的加入陶瓷样品的体积密度、介电常数、压电常数d33、机电耦合系数均表现先增加后减小的趋势，当MnO2掺杂量为0.3wt%时，获得最佳的性能为：﹦5.783g/cm3，﹦879， d33=160pC/N，﹦28.46%。机械品质因数Qm恰恰相反，在所掺杂范围内表现为先减小后增大的趋势，当MnO2掺杂量为0.3wt%时，最小值为Qm﹦152.26。介电损耗表现为：掺杂小于0.15wt%呈上升趋势，大于0.15wt%小于0.3wt%呈下降趋势，大于0.3wt%呈现增加趋势，在0.3wt%附近有最小值﹦0.026。
本文对常用的A型诊断探头进行了优化设计,作出了其结构图，并准备将本研究组以往试制的性能较高的钛酸铋钠基无铅压电陶瓷用于试制A型诊断探头的样品以供性能测试和标定。