Способ повышения сегнетожестокости пьезоэлектрической керамики

 

Союз Советскнк

Соцналнстнческнк

Республик оп иск

ИЗОБРЕТЕ ИЯ

26О6О.Ф

>,// (61) Дополнительное к авт. свил-ву— (22) За и влево 22.06. 77(2 1) 24 99373/29-.3 с присоединением заявки .%

04 В 35/00

Государстееииык комитет (23) Приоритет—

Опубликовано 05.04.80. Бюллетень No

Дата опубликования описания 10.04.80 ив Лелем изобретеиий и открытий

Д К 666.В 55.

88.8) (72) Авторы изобретения

Е. Г. Фесенко, О. И. Прокопало, Л. Д. Гринева и Ю, М. Попов

Ростовский ордена Трудового Красного Знамени государственный университет (71) Заявитель (54) .СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ СЕГНЕТОЖЕСТКОСТИ

ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ КЕРАМИКИ а(а, ь"}о,. Я...Изобретение относится к пьезокерамическим материалам. Оно может быть использовано для получения пьезоматериалов с повышенней сегнетожесткостью и создания на их основе электромеханических преобразователей, применяемых в фильтровой технике, ультразвуковых линиях задержки, пьеэотрансформаторах и в других устройствах радиоэлектроники, в которых целесообразно испольэовать

1О пьезокерамику с повышенной сегнетожесткостью»

Под сегнетожесткостью сегнетопьезо керамики понимают совокупность свойств, связанных с большей ипи меньшей податливостью доменных стенок электрическим и механическим воздействиям. С ростом сегнежесткости такие параметры, как диэлектрическая проницаемость Ет /я зз тангенс угля диэлектрических потерь tgd,О уменьшаются, а механическая добротность

Чм» скорост!> Звука \/и — во Врастают»

Иснопь:>уя эти и:ц ям:.тры, можно оценить ("f>Ãii "ò<):!>> i 1 Ko< i i, нь "эомятериалов и характер ее изменения при воздействии различных факторов.

Известен способ повышения сегнетожесткости свинецсодержащей пьезокерамики вида РЬТ О - pbZr 0, pbTi 0 -pbZ rO— — РЬВ Ь" О - ь в э.

Он состоит в увеличении числа компонентов в системе за счет дополнительного введения изоструктурного сложного окисла coi структурой типа перовскита

Существенным недостатком этого способа является услокнение систем твердых растворов, что приводит к дополнительным расходам химического сырья, затрудняет достижение высокой степени гомогенности в смесях твердых веществ, особенно, когда число их достигает 7-8.

Кроме того, с увеличением числа компонентов мерность морфотропной фазовой области увеличивается (К вЂ” компонентная система обладает (К-1)-мерной морфотропной областью), что повьш.яет длительГ26 ность эксперимента IIo определению сос тавов" с оптимальными параметрами.

Наиболее близким техническим решением к дан ему является пссоб иовышения сегнетожесткости путем термообработ (5 ки (обжига) в" восстановительной атмосфере 2 .

Однако этот способ, позволяя повысить . сегнетожесткость,не обеспечивает существенного улучшения температурной ста- 10 бильности резонансной частоты.

Цель изобретения — повышение сегнетожесткости без снижения коэффициента электромеханической связи и удельного объемного электрического сойротивления и улучшение температурной стабильности резонансной частоты.

Поставленная цель достигается тем, что в способе повышения сегнетожесткости пьезокерамической керамики на осно!ве 20 цирконата-титаната свинца путем термообработки ее в восстановительной атмосфере, термообработку осушествляют на стадии отжига в атмосфере, создаваемой введением в камеру для отжига графита 25 иэ расчета 0,001 г/см объема камеры, при 630-790 С в течение 1-1,5 ч.

Предлагаемый способ повышения сегнетожесткости осушествляется следуюшим об разом. 30

Спеченные сегнетокерамические образцы с нанесенными на них электродами помещаются в керамическую трубку, заполненную воздухом. Одновременно с исследуемыми образцами в трубку пода- 35 ются изделия из графита. Труба герметически закрывается и нагревается. При высоких температурах графитовые изделия .начинают реагировать с кислородом воздуха. В результате в трубке образуется .40 атмосфера СО, в которой происходит восстановление исследуемых образцов.

Режим отжига в восстановительной атмосфере: температура 630-790 С, про должительность выдержки 1-1,5 ч. 45

ПредлагаемьФ способ позволяет повысить сегнетожесткость пьезоматериалов различной сложности как на основе системы РЬТ 0 -РЖгО, так и на основе систем типа eet O -Р !г0 -Pea, e, p«pb !« w > > < 5 5 3 лР Р

Синтез материалов осушествляют по обыч- ной керамической технологии в зашитной атмосфере РЬО . Температура синтеза

700-850 С, продолжительность 4-10 ч.

Спекание образцов проводят методом горячего прессования по следуюшему режиму, температура 1080-1 150ОС, давление

060 4

200 кг/см, продолжительность выдг Ржки 40 мин. Электроды наносят вжиганием серебряной пасты. Приготовленные таким образом .сегнетокерамические образцы отжигают в восстановительной атмосфере

СО по описанной выше методике.

Данные по влиянию условий отжига на диэлектрическую проницаемость т

Е . /Я„ УмеханическУю добРотность 6 л, ! скорость звука, а также величину относительного изменения резонансной частоты hf г/f г в интервале 20-80 С, Ю>

Ф где 1га — частота, измеренная при 20 С приведены в табл. 1.

Поляризацию проводят в силиконовом масле при 3L40 0 в течение 45 мин в поле напряженностью 35-40 Кв/см с последуюшим охлаждением под полем до 90ОС

В табл. 2 приведены данные зависимости ttgd и Е /ЕО От электрическогО поля, при раэличнь|х условиях отжига.

Как видно из табл. 1 отжиг исследулмых материалов в атмосфере СО приводит к увеличению Ян, g уменьшению 8. /ЯО т.е. сегнетожесткость пьезоматериалов повышается. Важно, что при повышении сегнетожесткости . Кр и Р не понижаются.

Повышений сегнетожесткости предложенным способом достигается без увеличения числа компонентов (иэоструктурных либо не иэоструктурных), т.е. без усЛожнения системы твердых растворов, что дает экономию .химического сырья особенно в случае использования дорогостоящих химреактивов. Повьпцение сегнетожесткости предложенным способом может быть особенно эффективным для жестких многокомпонентных систем твердых растворов типа РЬТ 0 -РЬ7л.О -9bS 5" О! и в 3 лр в 3 в которых модифициро-! ванием уже зачастую нельзя добиться большего ужесточения. Иллюстрацией сказанному могут служить составы 3 и

7 табл. 1. Модифицирование состава 3 известным модификатором железом не приводит" к повышению сегнетожесткости.

Сегнетожесткость состава 7 уменьшается поскольку параметры f / офдповышаются оЧи Я,„понижаются. Однако при отжиге состава 3 в восстановительной атмосфере наблюдается повышение сегнетожесткости относительно составов 4-6.

Предложенный способ повышения сег нетожестксн ти имеет преимушества по сравнению с известными, т.к. он прост

5 726060 6 и позволяет без дополнительного услож qq/Ц повышения . При этом К и пения системы твердых растворов добить- не ухудшаются а темпер

Я„„. tuasnca, a температурная стася уменьшения диэлектрических tg и бильность резонансной частоты но частоты улучшаетмеханическкх потерь (4/Йу ), уменьшения ся. (0 о

Ж о

СО о о

Т-Т

Т Т о

Т «

Т Т

Т

О)

fry о о

Т-

)(Т Т

Т-Т

Я

fQ о о

Т-Т « (О о

Т Т х (0

Т Т

Я о

Т Т х

СO о

Т-Т

М

Ю

ТТ

fry о

CQ

Щ о Ч4

fQ о Ф

Щ о

СТ

fQ о о о

CQ о о и

С9 о

Я Р о

CD (0 о

Т-Т

С о

СО

С ) о

С9 о о о (О о о

cQ о

Ь о

Т о о о

СТ) (Q Т о

Ж

t w

3 е

«7

1 о . CQ

Я о о а

Ф4 CV о ,- Т-Т н

« 1

CQ

fO о о

Т > фЪ о о с4 б («д

0 о

O v

Ф ю

Ф сТ о с)

Д Г,4 е ,О о ч

IfI (0 о о (ТФ сР

Г Т

М ь о".

X а а о о с

3М а о

;г ф3 о а о

«Ч о

„Р„ ф о о б

X о о

C о я

0k о

cf о

11

Р

Ч о

1=

0726060 ТТ

С) r Ф о о

X о. о с 4 а,о

«4 о о

Ф

«4 а о I а а

9 в о (» ТТ о (Т о о" о о с

М %

D ч J у

О »3 а о l о а

Ф

Ф

Ж

+к о о с

Х о о

Т .О

Я .Ф ,о у»4

„о I

О1 о»

О

Т (о ь о»

C м сО ь

Ct о о

Ф.

Е

Ф о о о

Ф

0 \ о

Ф а о Я >,О а

О о а

М о о с 4

Ю о

Ь»

0 ь о и

Я

fO

Ф а

ТЪ о о о о о

Ц и о о

Я

g(2

@(М щ М о

oJ,,Ъ о 0 р» Г

О»

) . Ф- о о

ЪМ

А

Ф (4 о„

Я о

Ю о

/ с . с9

0) о с4 Ф

Я.

С"

09 о

О»

Щ о

hl

Щ о » (» о с9

00 о

0) (» о

o„

0» о

03

<»» ь

С4

06 о

О»

00 о

Щ о д .gфл3, v о р о»

CO

v о ь

0» (-» т" и о

Ь о

v (0 H

v о а» о „, l A

И (й и

С »

3Р

2)> ф

C) б о о

CJ

Ф

Ю

6) о о Ч о

Я

D а о„ б"

1 о о

Ы

»С

+ о ,3

Ф

О

ul«

D а726060 о о

0» Ю з

1-) Cl

Г ф

О

О

Ф о о

C М л

».О. л

О" 4

Ф l

Оо о и ф

С

М

2. о М

Яу

D а (Р"

Г ф

Х

О

4 ф о

М . аЧ

О в о М

% д о l.Ю

Ю. >

С7 р а

О

ЛЕ

Щ о о »М

Cl

«о

„г

0О» СО о

О»

t ф

gfl

К

D о

О

О о М з

4Р

8

D Ю р р4 о .О

ОЭ ФЮфМФМ

Ф 49®ва ass

Яф. 3, „<, „, 7 В

Ф о р м у л а . и з о б р е т еЪф и я

Способ повышения сегнетожесткости ..пьезоэлектрической керамики на основе цирконата-титаната свинца путем термо- обработки в восстановительной атмосфеВМ. о т л и ч а ю ш и и с я тем, что

-4eabIo повышения сегнетожесткости без снижения коэффициента электроме1 кани4.сlñoÀ связи и удепьного объемного

1 электрического сопротивления и улучшения температурной стабильности резонанс— "ной ч4стдгы, термообработку осущестE

060 12 вляют на стадии отжига в атмосфере, которую создают введением в камеру для отжига графита из расчета 0,001 г/см объема камеры, при 630-790 С в течение 1-1,5 ч.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР № 457319> кл. С 04 В 35/46ю 1973

2. Смажевская Е. Г., Фельдман H. E.

Пьезоэлектрическая керамика. "Советское радио, М., 1971.

Составитель Соболева

Редактор Т. Портная Техреду. Чужик Корректор М.Вигула

Заказ 848/17 Тираж 671 Подписное

1ЯИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

МВЮЬЯМЬМЖХФ .: .,е., Филиал Hllll "Патейт, г. Ужгород, ул. Проектная, 4