Пьезоэлектрический керамическийматериал

 

«» SI0646

ОП ИСАНИ Е

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 11.04.79 (21) 2750854,29-33 с лр исоединением заявки— (23) Приоритет— (43) Опубликовано 07.03.81. Бюллетень № 9 (45) Дата опубликования описания 09.04.81 (51) Ч,Кл.з С 04 В 35/00

Государственный комитет пв делам изобретений н открытий (53) УД1 666.655 (088.8) (72) Авторы изобретения

В. М. Ишук, Е. М. Морозов, П. М. Коваленко, В. В. Климов, Н. А. Спиридонов и E. 3. Новмцкий (71) Заявитель (54) ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ

КЕРАМИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ

Изобретение относится к материалам с большим энерговыделением под воздействием ударных механических напряжений, нашедшим специальное .пртвмвнение.

Для этих целей требуются сегнетоэлектрнческие материалы с .сочетанием высоких значений остаточной поляризации Р„малых значений диэлектрической проницаемости E и высоких значений электрической прочности Е„.

Занесенная в материале при поляризации электрическая ьнерпия имеет значепие о о p

W 2 . Однако лод воздействием ионпульсной механической напрузки выделяется лишь часть ее, пропорциональная E,ð .

Поэтому важной задачей при .выборе материала для рабочего элемента является повышение электричвакой прочности. 20

Известны сегнетоэлектрические материалы, применяемые для этих целей, на основе твердого .раствора цирконата-титаната св,инца: а) с соотношением Zr: Ti=96,5:3,5 и 25 добавкой пятиокиси ниобия 11); б) с соотношением Zn: Ti=95: 5 и добавкой окиси вольфрама (2).

Последний материал является нанболее близни м техническим решением к дакному.

Известные материалы имеют довольно ,высокие значения остаточной поляризации и малое значение диэлектрической проницаемости. Недостатком их является невысокая электрическая про ность. Другим существенным недостатком .материалов на основе цир коната-титаната сьинца является высокая летучесть окиси оаинца, что лри спекании керамических образцов при температурах выше 1100 С требует специальных технологических приемов (спекание в атмосфере PbO).

Целью изобретения является повышение электрической прочности и пон ижение температуры спекания керамических образцов в сочета н ии с высокими значениями остаточной поляризации н малы|ми значениями диэлектрической проницаемости.

Указанная цель достигается тем, что известный пьезоэлектрический керамический мате риал, ьключаюаций РЪ (Zr 0,90 — 0,94 н

Ti 0,06 — 0,10) Оз и добаьку, содержит в,качестве последней Pb(Gei Ч1, )Оз при следующем соотношении ко1мпонентов, мол, %:

Pb(Zro,op-o,ìÒio o; o,io) Оз 96 — 98

Pb (Gei „Wr,)Оз

2 — 4

П р имер 1. Для изготовления материала, состава 97% Pb (Zlp 91Т1о pÄ-) и 3%

810646 (G0! А: ". готс>вят смесь исходных ве>:! ществ в следг|ощпх соот)ношениях, г:

PbCO„.

ХгО..

TiO., Ge0. 13>О„

68,8503

28,9500

1,1982

0,4042

0,5873

Остаточная:поляризация Р„ мк кул/смз 28

Д иэлектрическая пр)оницаемость до поляризации (в/зо), „. 270

Д иэлектрическая )проницаемость лосле поляризации (=-, з„)„ 220

Тангенс диэлектрических потерь до поляризации (tg5),,, % 2,2

Тангенс диэлакпрических потерь после поляризации (1дб),„% 2,1 . Электр)ическая прочность Еч> кВ!мм 9,0

Коэффициент элвктрамеханической связи, Кр 0,14

Пьезомодуль с/з„кул/н 1,12 10 —

Механическая добротность Q „„420

Скорость:звука Vob, км/сек 3,55

Плотность р, гlсм 7,76

Точ ка Кюри Т„ С 232

55

После помола исходны>х веществ из по- 10 лученной шпхты готовят брикеты. Брикеты подвергают обжигу при температуре 800—

850 С в течение 2-х час. Затем брикеты тщательно размельчают,в порошок с размеipou частиц (3 — 5) мкм. В порошкообразный продукт добавляют в качестве связки водный раствор поливикилового спирта и прессуют изделия задаHIHoA формы. Спрессова)нные изделия обжигают .п ри температуре 1050+-20 С в течение 2-х час. Ско- 20

;рость подъема температуры 200 С/час.

После плифов <и на изделия,на)носятся электроды путем вжиган)ия серебряной;пасты при температуре 500 С в течение 5 мин.

Поляр)изацня изделий осуществляется в полисилоксановой жидкости при температуре

1 50 С в течение 1 час)в постоянном электрическом поле 4 кВ/мм; охлаждение образцов до комнатной температуры — в присутствии электрического поля.

Значения остаточной поляризации определяются двумя метода>ми: а) по выделившемуся:в процессе располяризации пирозаряду;

-"б) из петель диэлектрического гистереаиса, снятых на частоте 0,005 Га. Пр)и из.мерениях,максимальное электрическое поле на образце равняется утроенному коэрцетивному .полю.

Значения остаточной поляризации, по- 40 лученной обоими методами, практически совпадают. Свойства полученного материала, измеренные на керамических образцах в виде дисков диаметром 100 мм и толщиной 1 мм следующие: 45

68,9991

28,3951

1,6010

0,4052

0,5985

РЬСОз

ZrO>

TiO

СеО Оз

Дальнейшие операции аналогичны описанным в примере 1. Свойства полученного матеоиала следгющие:

Р, лк ;,.:/ ) c,>,o 30 (=- =,4,",, 300 (=- =-„),, 225 о

2,0

2,1

Е,-, кВ/мм 9,5

Кг 0,15 дзь кул/н 1,14 10

Q ex 426

1 ф, кмlсек 3,60 р, г/смз 7,25

Т„"" С 235

Пример 3. Для изготовления материала состава 97% Pb (Его,9Т10,>p) +3%

РЬ (Ое > W>/ ) О,, готовят смесь .исходных веществ в следующих соотношениях, г:

59,1498

27,8385

2,0057

0,4060

0,5999

PbCO3ZrO

Т1 Оз

GeO2.

>,>i О

Дальнейшие операциями аналогичны описан ным в примере 1. Свойства полученного материала следующие:

Pr, мк кул/смз 32 (= з 290 (=- =-„) „230 (tg6) „.„, % 2,0 (tg6) % 2,1

Ецр) кВ:мл 9,.3

Кг 0,16 дз,, кул/и 1,16. 10

Q,„,„ . 430

Vpb, км/сек 3,60 р, гlсм 7,70

Т„ С 238

П ри,м е р 4,. Для приготовления материала в составе 98%

РЬ (Zrp,g4Tio,оз) +2% РЬ (Ge!,Ë×>/„) Оз готовят смесь исходных веществ в следующих соотношен)иях, г.

68,8662

29,2550

1,2108

0,2696

0,3983

РЬСОз

ZrO2

Т10з

GeO

WO3

П р и м с р 2. Для по."учения матери-.ла ссстава 97% Pb,, /ro,ззТ10 oa) +

-, -30 ;Po(Ge, iv I/ ) О- готозят смесь исходi . лх зсщсств з следующих соотношениях, г;

810646

Pb (Zr 0,90 — 0,94 Ti 0,06 — 0,10) Оз 96 — 98

Pb(Ge I/,,W /, ) Оз 2 — 4

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе изобретения:

Формула изобретения

1. «J. Арр1. Phys.», 1973,, 44, р. 577.

Пьезоэлектрический керамический материал, включающий 20 2. Ferroelectrics»., 1976, v. 10, р. 61.

Составитель H. Фельдман

Техред И. Пенчко

Редактор И. Квачадзе

Корректор С. Файн

Заказ 345/352 Изд. № 226 Тираж 661 Подписное

НПО «Поиск» Государственного комитета СССР IIQ делам изобретений и открытий

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

Тнп. Харьк. фнл. пред. «Патент»

Дальнейшие операции аналогичны описанным в примере 1. Свойства полученного материала следующие:

Pr, л1к кул/см 30 (В/Е0)д и 280 (е/=-О) и 220 (1дб) ... /0 2,0 (tg/1) „0/0 1,9

Е,р., кВ/мя 8,5

Kr 0,13

d», кул/и 1,16 10

Q.u ex 420

Vzb, кл/сек 3,6 г/ЕЛ1З 7,75

Т„ С 230

Pb(Zr 0,90 — 0,94 Ti 0,06 — 0,10) Оз, о т л и ч а 1о щи и ся тем, что, с целью повышения электрической прочности и понижения температуры спекания в сочетании с высокими значениями остаточной поляризации и малыми значениями диэлектрической проницаемости, он дополнительно содержит Pb(Ge / WI/ )03 при следующем соотношении компонентов, мол. %: