Пьезоэлектрический керамический материал (его варианты)
(11) 000439
Союз Советских
Социалистических
Республик
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ. (61) Дополнительное к авт. саид-ву (22) За влено 11.06.81 (21) 3302200/29 33 с присоединением заявки 34 (53)M. Кл.
С 04 В 35/О() Государственный комнтет (23) Приоритет (53) УДК 666.655 (088.8) Опубликовано 28.02.83, Бюллетень от 8.
Дата опубликования описания 28.02.83 аа аенем нзобретеннй н открытий
E. Г. Фесенко,Л. g. Гринева, О. Н. Ра мовская, А. Я. Данцигер, Л. А. Резниченко, Л. f. Мат)ч1(к, . !;1;, А. Н. Клевцов, А. E. Панич, E.Ñ. Ми умрченко, E. С, Цихоцкий, В. С. Бондаренко и . - Й.,,Завьялов:-" ъ 14 у..
Ростовский ордена Трудового Краснжа„Днамейт1." государственный университет (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ КЕРАМИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ (ЕГО ВАРИАНТЫ) 1
Изобретение относится к пьезоэлектричес, ким керамическим материалам и может быть использовано для создания высокочастотных электромеханических преобразователей, основанных на явлении пьезоэлектричества, и в частности, для ультразвуковых линий задержки.
Известны сегнетоэлектрические пьезоматериалы на основе твердых растворов метаниобатов щелочных металлов (1) и (2) .
Указанные материалы либо имеют недостаточно низкие значения диэлектрической про-! ницаемости, либо обладают низкой температурной стабильностью резонансной частоты.
Наиболее близким к предлагаемому является материал (3), включающий NaNbOq, LiNbOa, SrO и содержащий эти компоненты в следующих количествах, мол.%:
NaNbO3 85;53 — 87,24
1-; т4ЬОз 12,22 — 12,46
SrO 0,3 — 2,25
Эта система имеет достаточно низкие значения диэлектрической проницаемости (Ят / Я = 110 — 130), сравнительно высокие
М о
2 значения коэффициента электромеханической связи (К р = 0,136 — 0,225) .
Основным недостатком указанного материала является низкая температурная стабильность резонансной частоты. Относительное отклонение
5 частот 6fg/т в интервале рабочих температур (от — 60 до +85 С) от частоты, измеренной при 20 С, составляет 2,33 — 2,85%
Цель изобретения — улучшение температур1о ной стабильности резонансной частоты.
Поставленная цель достигается тем, что пьезоэлектрический керамический материал, включающий Nb 0,, Na О, Li O, SrO, дополt5 нительно содержит Si02 при следующем соотношении компонентов, мас.%:
МЬ О5 80,05 — 81,33 йа10 16,24 — 16,50
Li2O 1,12-;1,14
SrO 0,70 — Q,72
SiO 0,32 — 1,89
Поставленная цель достигается также тем, что пьезоэлектрический керамический материал, включаюший ИЬ,О,, NaqO, l 1 0, SrO до3 10004 полнительно содержит А1 0з при следующем соотношении компонентов, мас.%:
NbiO 80,83-81,5
Na O 16,40 — 16,66
Ы,О 1,13+1,15
$гО 0,71 — 0,73
А1 Оз, 0,07 — 0,93
В табл. 1 и 2 приведены конкретные составы и электрофизические параметры предлагаемого материала.
Синтез осуществляют по обычной керами ческой технологии двукратным обжигом: температура Т1 = 800 С, T> = 850 ; продолжительность t = 5 ч, tz = 5 ч. Спекание проводят методом горячего прессования по следующему режиму: температура 1080 — 1175 С, давле ние 200 кг/см, время выдержки 40 мин.
Поляризацию образцов производят в силиконовом масле при 140 C в течение 45 мин в поле напряженностью 55 кВ/см с последующим о 20 охлаждением под полем до 90 С. л, Как видно из табл. 1, введение Si0> вызывает улучшение температурной стабильности
1 резонансной частоты. В интервале от — 60 до +85 С Ь fg /ft, = 1,28 — 1,57%.
2$
Исследованный материал имеет достаточно высокие значения коэффициента электромеханической связи Кр = 0,174 — 0,202,. скорости звука
V<= (5,51 — 5,83) . 10з м/с, механической добротности Q = 790-9SO.
Я
Значения диэлектрической проницаемости
/ (о, температуры Кюри Т, диэлектрических потерь Я / о в предлагаемом материале практически такие же, как в известном.
В и ставах 1 — 4 Тк= 338 — 345 С Т / о =
100 — 110, tg, 6 = 1,67 —,2,17%. Сочетаййе в З5 предлагаемом материале Й ниженных значений
hfg /f1- с достаточно низкими значениями
fT/ Яо, довольно высокими значениями
Я
Кр, Ч, 7 О„„является весьма благоприятным, так как позволяет улучшить характерис- 40 тики ультразвуковых. устройств, упростить схемные решения, увеличить надежность объектов.
Как видно из табл. 1, наилучшей стабильностью обладает состав 2, у которого
39 4 и f g/f> = 1,28%. Этот же состав имеет наиболее низкую диэлектрическую проницаемость (Я / Яо= 100), наиболее высокую температуру Кюри (Т 345 С).
Преимущества предлагаемого материала обусловлены его качественным и количественным составом, что подтверждает также пример 5, демонстрирующий ухудшение свойств за пределами предлагаемой концентрации.
Нарушение пределов приводит, как видно из табл. 1, к повышению Е /Я о
gf /f
Как видно из табл. 2, введение А1,0з приводит .к существенному улучшению температурной стабильности резонансной частоты
1 (> f+ /т = 1,05 — 1,48%), заметному снижению диэлектрических потерь (tg с = 1,18-1,57%)»
Кроме того, предлагаемый материал имеет довольно низкие значения Е /Я, = 127-1
140 достаточно высокие значения Т = 300—
327 С, К О,211 — 0,257 дз =(11-14) 10 k/H, = 705 — 1025, Ч = (5,89 — 5,91) ° 10 м/с.
По значениям К,= 0,257, Д „= 14.10 к/н состав 2 превосходит известный. материал. Наилучшей стабильностью обладает состав 4, у которого b f< / f> в интервале от — 60 до +85 С составляет 1,05%. Наиболее низкие потери зафиксированы в составе S (tg е = 1,18%) .
Сочетание в предлагаемом материале пониженных значений д1 /1, с довольно высокими К, V<, 0„„, Г, дз, является весьма благоприятным, так как позволяет улучшить характеристики ультразвуковых устройств и схемные решения, .увеличить надежность объектов.
Положительный эффект предлагаемого материала обусловлен его качественным и количественным составом, что подтверждают также примеры 7 и 8, демонстрирующие ухудшение свойств за пределами предлагаемой области концентраций, например увеличение
Ы@ /1, 1000439
О О
0 а о +
c+(1 р
l а м
oO . а!
„,", С4
lA а
О!
О" О
Я!
С 4 .О (4
l/1
О о о!
Р
М
6Ъ
2 о а
С6
Оi ÎO
4 !0
» Ч, С 4
t О !!
v
ы о!
C)!
О
О а 00 сч с3 м с .м м
С 4 м
C) (4
С
t
О (О! (О
С 4
О о (Л!
0 о
И о
Е
Б о
М м
О0 о с7
2 .
О
О
t
О
О
О
С 4
00 а
О
О
М аI бЭ о
v о ! 4 у
С!
О !
tO
v о
v о
О о а щ !
» с и!Ъ !
О О
Й
g o
С4
° & з о а о
1= Z С ) 0O t м сч а а <р, \!»Ч ч4
° °
3 R Q Q а
O О - О
О а О а с3. с С !
О О !О !О
I! ! С4 м с а
I !
Ю ч ю м О
Ф Ч ч I
t»
Г4 уч
00 и„ ь
° ° ь
° ч
iN Ch
О 00
Г4 ю„
Vl ч ч
Ch
Г4 ч ч
tA ч
Ч О
1 и! Ф т 1 3 ч
rl ° 4
«I ч сл
Ю
У (1\ (4 Г4 ь" o ь
Г4 ь
Г4 ь
Ю м гГ4! ! =
С0 00 е-1 ° ч
0 1, М
LA ь м О ь р< Г4 м ч ь
V1
О
D" гь ь" м
Ch ь
Г4 Г4 г- (С3 Ь г
D м D.
М Г4
4 I
С0 GO
° Ч
Фч ф а О О (v)
lA О"
1 о о (> и
О vi
Оо М 00 о
С4
Г4
Ф\
Г4
С»« (4 г ь ь
00 г» /1
1 г4 г
Ю /Ъ
1000439
С>
V)
Г4 О О"
Г4
Г4
О г ;г ь м
\ь
Ch
О1 ь"
00 м
00 ь
О0
Ch
CO
lA м
1 ч
Г4 ь
ЧЭ
D ь
Г4 (О г
00 м г
О г м ь
С0
1000439 Г0 ти резонансной частоты, он дополнительно содержит А1гОз при следующем соотношении компонентов, мас.%.
Nb205 80,83 — 81,50
NaqO 16;40 — 16,66
LigO 1,13 — 1,15 о ВгО 0,71 — 0,73
А1г Оз 0,07. — 0,93
1, Пьезоэлектрический керамический материал, включающий Nb Os, Наг О, 1.40.
$гО,отличающийся тем,что, с целью улучшения температурной стабильности резонансной частоты, он дополнительн содержит SiOq . при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Nb 0 80,05 — 81,33
Наг 0 16,24 — 16,50
1- г 0 1,12 — 1,14
SrO 0,70 — 0,72
SiOг 0,32 — 1,89
2. Пьезоэлектрический керамический материал включающий Nbg0,, Маг О, 140, SrO,отличающийся тем,что с целью улучшения температурной стабильносtO
Составитель Н. Фельдман
Техред М.Гергель
Корректор В. Бутяга
Редактор В. Петраш
Заказ 1269/23 Тираж 620
ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
)13035, Москва, Ж-35, Раушскаи наб., д. 4/5
Подписное
Филиал ППП "Патент". г. Ужгород, ул. Проектная, 4
Формула изобретения
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе
1. Авторское свидетельство СССР й"- 601260, кл. С 04 В 35/00, 1975.
2. Авторское свидетельство СССР Р 642274, кл. С 04 В 35/00, 1977.
3. Авторское свидетельство СССР NÐ 694478 кл. С 04 В 35/00, 1978 (прототип).
