Пьезоэлектрический керамический материал

 

Союз Советск ик

Социвпмстическик

Ресиубл н

ОП ИКАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (ii) 905220 (61) Дополнительное к авт. саид-ву (22) Заявлено 05. 05. 80 (21) 2921078/29-33 с присоеяинением заявки РЙ (23) Приоритет

Опубликовано 15.02. 82. бюллетень J4 (51}М. Кл.

С 04 В 35/00 (ооудэрствсииый комитет ао делам изобретений н открытий (53} УДК 666.638 (088. 8) Дата опубликования описанкя 15.02.82. (72) Авторы изобретения

Л. В. Джеки я, Д. Э. Файнридер, Б. П, Иордан

Ростовский ордена Трудового Красного Зйамени . государственный университет (71) Заявитель (54) ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ КЕРА11ИЧЕСКИЙ ИАТЕРИЛЛ

Изобретение относится к пьезотехнике, а именно к высокочувствительным пьезокерамическим материалам (пьезомодуль d íå менее 200 ° 10 Кл/il)

1 обладающим высокой стабильностью пьезомодуля de a широком интервале

S температур (-60) — (+300) 00 и может быть использовано для пьезоэлементов высокотемпературных акселероме гров и акустических датчиков.

1а

Известны пьезоматериалы обладающие высоким пьезомодулем, на основе системы цирконата-титаната свинца, например ДТБС-1, у которого dyq470 10 1 Кл/Н f 1) °

Недостатком этих пьезоматериалов являются низкие рабочие темпео ратуры, не превышающие 150-200 С.

Наи ьлее близким техническим решением к предлагаемому является пьезоэлектрический керамический материал (21, включающий Pb0, Zr02, Т10

СаО, 8а0, Sr0 и добавку 81 0к при следующих соотношениях компонентов, мас.Х

РЬО 66,9-67,2

1r02 19,6-20,0

Т10 l l,3-11,5

Са0 0 17-0,20

ВаО 0,47-0,53

Sr0 0,32-0,36 2. 3 1,42-1,43

Образцы данного состава характеризуются следующим электрофизическими параметрами: диэлектрическая проницаемость С /$1100, тангенс т угла диэлектрических потерь tg 8

2,07., точка Кюри (Тк) 355 С, пьеэомодул; d> измеренный квазистати1>.. ческим методом равен 220 10 Хл/H.

Недостатком этого пьезоматериала является нестабильность пьезомодуля d к воздействию температуры. превышающей 200 С. Обратимые изменения пьезомодуля в диапазоне температур (-60) †(+300) С составляют более 50Х. Кроме того, пьезоматери905220

50 ал имеет сравнительно высокую температуру спекания: 1180-1200 С.

Целью данного изобретения является улучшение стабильности пьезомодуля 03 к воздействию температуры в более широком диапазоне температур при сохранении его высокого значения.

Эта цель достигается тем, что пьезоэлектрический керамический материал, включающий Pb0, ZгО

Т1О,СаО, Ва0, Sr0 и Bi<0>, доголн тельно содер т добавку СеО 2 при следующем соотношении компонентов, мас.%:

PbO 66,19-66,32

Zr0 l9,49-19,52

2 li,бб — 11,69

Са0 О,!7-0,18

ВаО 0,46-0,47

Sr0 0,15-0,16

Hi@0 q 1,37-1,38 ! e02 0,29-0 5

Образцы из предполагаемого пьезокерамического материала готовятся по обычной керамической технологии путем двухкратного обжига.

В качестве исходных компонентов используют вещества в следующих количествах, вес.%:

Pb0 марки "ЧДА" 66,19-96,32

ZrO2 марки "Ч" 19,49-19,52

Ti0 марки "Кон2 денсаторная" !1,66-11,69

СаО марки "ОСЧ" 0,17-0,18

БаО марки "ЧДА" 0,46-0,47

Sr0 О,i5-0,16

GeO марки "КЧ" 0,29-0,5

Исходные вещества смешиваются в мокром виде, высушивают и из полученной шихты прессуют брикеты. Врио кеты подвергают обжигу при 850 С в в течение 3 ч, затем тщательно измельчают в порошок, после чего в качестве связки добавляют небольшое количество поливинилового спирта и прессуют заготовки заданнои формы.

Спрессованные изделия помешают в о. печь и спекают при 1080+20 С в течение 2 ч. Скорость подъема температуры 200-300 град/ч. Электроды наносят методом вкигания серебряо но,1 пасты при 800 С в течение l0Э

15 мин. Моляризацию осуществляют на воздухе при 300 С при напряженности электрического поля Е=!5 кВ/см и охлаждении под полем до комнатной температуры.

В табл. 1 дан состав известного и предлагаемого материалов.

Данные измерений пьезоэлектрических и диэлектрических параметров, а также стабильности пьезомодуля d53 к воздействию температуры приведены в табл. 2, представлены параметры для составов, содержащих Ge0 в количествах, выходящие за пределы концентраций, указанных в предполагаемом изобретении.

Пьезокерамический материал предлагаемого состава наряду с сохранением высокого значения d>>(200

° lб Кл/H) характеризуется высокой стабильностью пьезомодуля 633 до боо33 лее высоких температур 350 С, что на 100 С выше, чем у известного о пьезоматериала. Обратимые изменения пьезомодуля d35 измеренного в квази35r статическом режиме в диапазоне температур (-60)-(+ЗОО)С, не превышает )5%. Точка Кюри лежит в интервале 335-355 С, диэлектрическая проницаемость !050-1100.

Кроме зго, льезокерамический материал предлагаемого состава характеризуется сравнительно низкими темо пературами спекания т =1060-1080 С, Cll что на 100 ниже, че. у известного.

Снижение температуры спекания приводит к уменьшению потери PbO npu обжиге, что позволяет производить спекание заготовок без использования дорогостоящей и трудоемкой свинецсодержащей засыпки, Это значительно сникает трудозатраты, экономит химреактивы, высвобокдает рабочих и оборудование, т.е. значительно снижает себестоимость пьезокерамических элементов и упрощает технологический процесс их производства, Таким образом, данный состав пьезокерамического материала обеспечивает работу пьезоэлементов в пьезопреобраэователях в диапазоне температур (-60)-(+300) С.

905220

Таблица 1

19,6

Zr0

19,52

11,69

19,49

1l,66

19,45

11,64

Т10

I l,3

СаО

0,17

0 18

0il7

0,17

Ва0

0,46

0,46

0,47

0,47."> ГО

0,16

0,32

0,16

0 15

1,42

1,38

1,37

1,37

PhO

Остальное

0,69

0,29 0,5

Таблица 2

Известный

220

2,0

355

1180

ll00

Предлагаемый

240

l,5

1100

350

1080

1050

230

1,5

355

1060

1060 345 2 0 200 50

1050

Под пи с но е

Тираж 639 Закрз 276/35 ч>илиал 1ИБ! "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,.

Формула изобретения

Пьезоэлектрический керамический материал, включающий РЬО, ЕгО

Ti0, СаО, Ва0, Sr0 и 81203, о т— л и ч а ю шийся тем, что, с целью улучшения температурной стабильности пьезомодуля д при сохранении его высокого значения он дополнительно содержит добавку СеО при следующем соотношении компонентов, мас.%:

РЬО 66,19-66,32

Е ГО 1 9 ° 49- 1 9, 5 2

11,66-11,69

Са0 0,17-0,18

Bail 0,46-0,47

Sr0 О, 15-0,16

8 -ОЗ 1,37-1,38

Ge0 0,29-0,50

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. ГОСТ 13927-74, 2. Авторское свидетельство СССР

М . 218267, кл. Н 01 В 7/02, 1968.