Способ получения сегнетоэлектрических керамических материалов

Авторы патента:

АНДРЕЕВА ВАЛЕНТИНА ИВАНОВНА

ДОМЕНКО ДИНА СТЕПАНОВНА

ПИЧУГИНА ЛЮДМИЛА ФЕДОРОВНА

БАЗАРОВА ЛЮДМИЛА ФЕДОРОВНА

БЕССОНОВА НАТАЛЬЯ АНАТОЛЬЕВНА

C04B35/497 - на основе твердых растворов с оксидом свинца

C01G21 - Соединения свинца

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СЕГНЕТО:ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ КЕРАМИЧЕСКИХ МАТЕРИАЖ В на основе ниобата свинца-бария-лантаг; на, включанлций приготовление шихты, lee термическую обработку, формование и спекание, отличающийся тем, что, с цельно снижения температуры спекания и ускорения процесса при сохраненик высокой оптической прозрачности керамики, шихту готовят путем осаждения нерастворимых соединений соответствующих элементов из смеси их ajoTHOKHcjffiix растворов на оксид или гидрооксид ниобия при следующем молярном соотношении компонентов: .. C(Nt4)iC0 3:i:Pb V8a Ua()rv и рН среды В,5-9,5, а термическую обработку проводят ступенчато с В1здержками при 500-600 и 1000-1150 с. (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ к вто Сйому авидкгкльСта

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3396507/29-33 (22) 22. 02.82 ,(46), 15.08.83. Бюл. Ф 30 (72) В.И.Андреева, Д.С.Доменко,,, Л.Ф.Пичугина, Л.Ф.Базарова и Н.A.Áåññîíàâà (53). 666.655(088.8) (56} 1. Авторское свидетелвство СССР, Р 455915, кл. С 01 ф 21./00, 1973.

2. Авторское свидетельство СССР

9 632654, кл. С 01 ф 21/00i 1977 °

3. Уар J. Аррб. Phys 16.,2, 379-380, 1977 (прототип) . (.54) (57) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СЕ1 НЕТОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ КЕРИФИЧЕСКИХ ИАТЕРИАЛОВ на основе ниобата свинца-бария-ланта-, яи„„10з49 A

С 016 21/00; С 04 В 35/00 на, включающий приготовление шихты, ее термическую обработку, формование и спекание, отличающийся тем, что, с целью снижения темпера турй спекания и ускорения процесса при сохранении высокой оптической прозрачности керамики, шихту готовят путем осаждения нерастворимых.соединений соответствующих элементов.. из смеси их азотнокислых растворов на оксид или гидрооксид ниобия при следующем молярном соотношении компонентов;

GNQ)1СО 3: РЪ «80 +).О )=(1Р-а>;< и рН среды 8,5-9;5, а термическую обработку проводят ступенчато с ..Е выдержками при 500-600 и 1000-1150 С. б

1034998

Изобретение относится к материалам, применяемым для оптической . электроники и конденсаторной техники.

Известен способ получения пирониобата свинца, заключающийся в осаждении карбоната свинца на пятиокись ниобия, суспендированную в карбонате аммония путем приливания раствора ацетата свинца к суспензии (1(, Известен способ получения магно-. . ниббата свинца и его твердых растворов с титанатом свинца, включающий смешение суспензии пятиокиси ниобия в растворе углекислого аммония с водными растворами соединений соответст« вующих металлов, осаждение и терми- 15 ческую обработку при 1200-1250 С в течение 3-4 ч ) 2 ).

Однако применить те же самые условия на стадиях осаждения и термической обработки шихты для получе- 20 ния более сложных многокомпонентных систем не представляется возможным, так как в этом случае не обеспечивается получение продукта заданного фазового, гранулометрического и стехиометрического состава.

Указанные способы не дают воэмож- ности получения оптических материалов.

Наиболее близким к предлагаемому является способ получения керамичес-. кого материала на основе метаниобата . свинца, бария, легированного лантаном, заключающийся в получении шихты. механическим смешением высокой степе ни чистоты прбкалки полученной ;

Ь шихты при 1050 С в течение двух часов,. формовании и спекании путем

"горячего прессования при 1300 С в атмосфере кислорода Р3)

Основными недостатками этого спосо- 40 ба являются высокая температура горячего прессования керамики и длительность процесса спекания.

Белью изобретения является снижение температуры спекания и ускоре- 45 ние процесса при сохранении высокой оптической прозрачности керамики..

Поставленная .цель достигается тем, что согласно способу получения сегнетоэлектрических керамических материалов на основе ниобата свинца-бария-лантана, вкюпочающему приготовление шихты, ее термическую обработку, формование и спекание, шихту готовят путем осаждения нерастворимых соединений соответствующих эле-.

55 ментов иэ смеси их азотнокислых раст воров на оксид или гидроксид ниобия при следующем молярном соотношении компонентов;

60 (MHg)g(:0gg: 5pb +gg ) о>» )«цг g),«q и рН среды 8,5-9,5, а термическую обработку проводят ступенчато с выдержками при 500-600 и 1000-1150 С

Избыток карбоната аммония 1,5 является минимальным и достаточным для количественного осаждения нитратов свинца, бария, лантана, увеличение же его до,двухкратного способствует улучшению филътруемости осадков. Дальнейшее увеличение осадителя ведет к его излишнему расходу

Двухстадийная термообработка в интервале температур (500-600 С)-(1000-1150 С) дает возможность получения однофазного мелкодисперсного продукта, При 500-600 С идет разложение карбонатов свинца; Увеличение температуры выше 1150 С может повлечь за собой нарушение состава материала.

Получение керамики осуществляют горячим прессованием предварительно сформованных изделий. Выбранные условия изговтовления шихты обеспечивают получение керамики при пониженной температуре спекания под давлением (т.е. горячего прессова ния) 1000-1150ОС в течение 4-х часов.

Пример 1. Для получения кг продукта метаниобата свинца, бария, лантана состава Ъо/РЬ/ Ва-Sf

60/40 (Р,Ь» Ва )4 „ ах-й г.-х) 3 где х = 0,08, у .= 0,4, берут 0,58 кг пятиокиси ниобия и засыпают в репульпатор, в который предварительно залита смесь растворов нитратов в количестве 1,08 л (1,12 моль/л) свинца азотнокислого, 3,15 л бария азотнокислого (0,25 моль/л), 0,2 л лантана азотнокислого (0,86 моль/л) и 2 л дистиллированной воды.

Суспензию перемешивают в течение

0,5 ч, затем сюда же приливают 2 л оаствора карбоната аммония (2,1 моль/л) . Иолярное соотношение компонентов составляет /(NHgg CO>/:/

: g (Р х++ Ва -+ + Ьа +/ - /2:1/. Перемешивание ведут в течение часа, рН среды 9,5.

Суспензию отфильтровывают, получен ный осадок подсушивают при 80-120 С и п при 500 С 3 ч . Затем температуру поднимают до 1100 С и выдерживают осадок в течение двух часов.

Продукт представляет собой белый мягкий порошок с удельной поверх ностью 5 м /г, далее формуют иэделия и спекают в течение 4-х часов.

Свойства материала приведены в табл.1

Пример 2. Для получения 1 кг готового продукта метаниобата свинца, бария состава Аа/РЬ/Ва -40/60/40/ (PS» > Ba )» аХ NQ< х ю Оз, при х = 0,04, у = 0,4, берут 1,12 л раствора свинца (l,l моль/л), 3,3 л раствора бария азотнокислого (0,25 моль/л), 0,2 л раствора ланта1034998 на азотнокислого (0,43 моль/л) и

0,97 кг гидроокиси ниобия (содержанйе основного вещества 60%) .

Осаждение проводят раствором карбоната аммония в количестве 1,52 л (2,1 моль/л),. рН среды 8,5. Молярное соотношение компонентов /(ДНА,)д CO>/:

:/Х(Р.Ь + + Ва -+ +),a5+) .= 1,5 + 1.

Продукт синтезируют при 600- С в течение двух часов, а затем при 1000 С

3 ч. Удельная поверхность порошка 10 4 м /г. Из готового порошка формуют ,иэделия и подвергают спеканию методом горячего прессованця (1000 С) в те-чение 4-х часов.

Свойства материала приведены s 15 ,табл.2.

Пример 3. Для получения

1 кг готово о продукта метаниобата свинца, бари 1, лантана состава., Ъ:

Р()0 40, 33(ВаО 1,76 -!ла О 2,72к

М:ЬЯ 55,1 берут 0,55 кг пятиокиси ниобия и засыпают в репульпатор, в который:предварительно залита смесь растворов нитратов в количестве 1,6 л свинца аэотнокислого (1,16 моль/л), 0,52 л бария азотно- ..кислого (0,22 моль/л), 0,12 л панта на азотнокислого (0,7 .5 моль/л) и

2 л дистиллированной воды.

Суспензию перемешивают в течение ; З0

0,5 ч, затем сюда же..приливают 2,1 л. .раствора карбоната аммония (2,5 моль/л) ..:Иолярное соотношение компонентов /(Йф ) СО / а/ K (РфР +

+.Ва + 4m +/ = 1,8:Х, перемешива-. Ç5 ние ведут в течение часа, рН среди составляет 9,0.

Суспензию отфильтровывают, осадок подсушивают при 80-120 с плескали- . "@ вают.при 550 C вЂ” 3 ч, затем темпера-: туру поднимают до 1000 С и выдерживают в течение двух часов. После прокалки продукт представляет собой белый мягкий порошок с удельной по- 45 верхностью 5 м /г. Далее из него формуют изделия и спекают при температуре 1180 C в течение 4-х.часов.Свойства материала представлены, в табл. 3. 50

Предлагаемый способ по сравнению

;с известным позволяет снизить температуру спекания кермики на 150-300РС,. сократить длительность процесса горя-55 чего прессования в 2 5 раза при сохранении высокой оптической прозрачности материала. Снижение температуры спекания. имеет важное.значение для сохранения дорогостоящей оснаст" gQ ки горячего прессования и, следова-: тельно более длительной ее:-работы.

Кроме того, снижение температуры спе» кания позволяет снизить расход электроэнергии.

Показатели

; по hpo- по предi тотипу лагаемому методу, 1140

130.0

Светопропускание,. Ъ при длине волны

Я), Огб-0,8 мкм 62. 56

Толщина изделия, мм 0,2.0,2

Показатели

Сопоставительный анализ по прото- по предтипу лагаемому методу

1000

1300

Светопропускание, %, при длине волны (М 0,6-0,8 мкм 40