Керамический материал

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

09) (11!

3(59 С 04 В 35 00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ 1 "

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

flO ДЕЛАМ. ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

И АВТОРСКОМ .Ф СВИД=ТЕЛЬСТВУ (21) 3471713 29-33 (22) 14.07.82 (46) 07.11.83. Бюл. М 41 (72) В.Н. Цыганков, Н.Б. Гориловская, К.if. Петров и Ю.М. Снэенов (71).Московский ордена Трудового

Красного Знамени институт тонкой . химической технологии нм.М.В.Ломоносова (53) 666.655(088.8) (56) 1. Кузьминов IO.С. Ниобат и тантанат лития. M., "Наука", 1975, с. 24.

2. Авторское свидетельство. СССР

9 863565, кл. С 04 В 35/00, 1979. (54) (57) КЕРАМИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ для термочувствительных датчиков, содержащий оксид магния и оксид вольфрама, отличающийся тем, что, с .целью повиаення термочувствительности, электросопротивления, термической стабильности электрофиэических свойств и расширения рабочего интервала температур, он дополнительно содержит ортотанталат лантана при следующем соотношении компонентов, мас.%г

Оксид магния 30-40

Оксид вольфрама 10-20

Ортотанталат лантана 40-60 е

1052499

Изобретение относится к керамическим материалам для изготовления термочувствительных датчиков, в частности, для противопожарных сигнальных систем.

Принцип действия термочувствитель- 3 ных линейных датчиков противопожар" ных сигнальных систем основан на обнаружении перегревов путем регистрации повышения диэлектрической проницаемости или резкого уменьшения Я электросопротивления композиции при повышении температуры, Известен материал на основе метатанталата лития 111.

Недостатком этого сегнетоэлектрического материала является то, что диэлектрическая проницаемость его возрастает вблизи фазового перехода при 660 С с последующим резким уменьшением. Учитывая принцип действия термочувотвительного датчика, а также то обстоятельство, что величина диэлектрической проницаемости при температурах 660 ф 10 С метатанталата лития резко уменьшается, его применение без соответствующих добавок 25 исключено.

Наиболее близким к предлагаемому является керамический материал для .термочувствительных датчиков, содержащий танталат лития, оксид маг-. 30 ния и оксид вольфрама. Укаэанные компоненты находятся в следующем соотношении, мас.Вс

Метатанталат лития 45-50 у

Оксид магния 25-30

Оксид вольфрама Остальное

Такой керамический материал об-, ладает сравнительно высокими значениями диэлектрической проницаемости в интервале температур 250-740 С, что позволяет получать устойчивый сигнал при повышении диэлектрической проницаемости f2).

Недостатками этого керамического материала является сравнительно ма- 45 лая термочувствительность при температурах ниже 250 С (коэффициент термочувствительности В = 20002800 К, что не позволяет фиксировать сигнал о повышении температуры у по изменению электросопротивления.

Кроме того, при нагревании такого материала повышенные значения диэлектрической проницаемости сохраняются до 740 С однако прН длительных (более 40-50 ч)термообработках при этой температуре метатанталат ли-. тия взаимодействует с оксидом вольфрама с образованием LiTaWO, что приводит к изменению диэлектрической проницаемости, электросопротивления, термочувствительности.

Верхний предел эксплуатации дате чиков при 740 С связан с наличием фазового перехода в сегнетоэлектрике 65

WO> и уменьшением диэлектрической проницаемости керамического материала при дальнейшем нагреве.

Цель изобретения - повышение термочувствительности, электросопротивления, термической стабильности электрофизических свойств и расширение рабочего интервала температур.

Указанная цель достигается тем, что керамический материал для термочувствительных датчиков, содержащий оксид магния и оксид вольфрама, дополнительно содержит ортотанталат лантана при следующем соотношении компонентов, мас.Ъ

Оксид магния 30-40

Оксид вольфрама 10- 20

Ортотанталат лантана 40-60

Ортотанталат лантана имеет более высокие значения электросопротивлеиия и термочувствительности, чем метатанталат лития.

Увеличение концентрации ортотанталата лантана в керамическом материале свыше 60 вес.% приводит к уменьшению диэлектрической проницаемости материала в области температур 660-740 С, а снижение его концентрации" менее 40 вес.В обуславливает переход от "островкоsoA", структуры к структуре, в которой все три компонента имеют непосредственный контакт, что ухудшает термическую стабильность элекрофизическик свойств.

При увеличении содержания оксида вольфрама свыше 20! вес.Ъ резко возрастает вероятность контакта между поликристаллами ортотанталата лантана и оксида вольфрама, а уменьшение концентрации оксида вольфрама менее 10 вес.% приводит к значительному ухудшению однородности электрофизических свойств материала, а следовательно, и к снижению его технологичности.

Укаэанное соотношение между компонентами керамического материала обеспечивает переход от композиции, в которой ace три поликристаллические составляющие имеют общие точки соприкосновения, к "островковой" структуре.

При указанном соотношении большая часть поверхности поликристаллов танталата лантана отделена от соприкосновения с оксидом вольфрама частицами оксида магния, что уменьшает возможность взаимодействия между кристаллами. Большая химическая устойчивость ортотанталата лантана по сравнению с метатанталатом лития, а также выбранное соотношение компонентов практически исключают эффект взаимодействия между ними при температурах эксплуатации от 20 до

740 С, что позволяет увеличить ре1052499

Электрофизические свойства кераьйческого материала в коаксиальной ячейке и в линейном кабеле-датчике юю Ф юлю

Коакснальная ячейка.

Линейный датчик

Состав материала, вес.Ъ.В пп

В

Т

С рч

Ом см

В

ЬаТаО . 40

3,1,10

2,5 10

22643

11223

10350

200

tIgO

1,8 ° 10

300

wo o3

1,2 ° 10

2,4 10

1,7 10

Э .1,4 10

400

500

10242

7202

600

720

74 0 сурс эксплуатации датчиков температуры с 1000 до 1500 ч. Ограничение ресурса связано с окислением конструкционных материалов датчика и уменьшением его механической прочности.

Керамический материал готовят следующим образом.

Исходные поликристаллические порошки оксидов гранулометрического состава от 10 до 100 мкм перемешивают в изобутиловом спирте (1; 1 ) в . 10 шаровой мельнице с алундовыми шарами в течение 24 ч, затем приготовленные таким образом компоненты сушат при

60-80 С до полного удаления спирта и подвергают холодному прессованию в ячейках коаксиального типа при давлении 200 Nla.

В таблице приведены конкретные примеры предлагаемого керамического материала и его электрофнэические.. свойства, а также линейного датчика, изготовленного на основе керамического материала в сравнении с прото- . типом.

Как видно из таблицы, величины электросопротивления I p>1 в интервале 250-740 С составляют 10 1- 10 Ом см, что более чем на 2 порядка превышает значения электросопротивления мате- риала - прототипа. Значения диэлектрической проницаемости материала - . ЗО прототипа и предлагаемого керамического материала близки.

Предлагаемый керамический материал обладает хорошей прессуемостью, что позволяет не менять применяемую 35 технологию изготовления линейных датчиков на его основе.

Такие датчики имеют повышенный ресурс эксплуатации в области температур 740 С (до 1500 ч), позволяют фиксировать более устойчивый сигнал эа счет стабилизации фиэикохимическнх свойств композиции прн термообработках по сравнению с датчиками на основе метатанталата лития и керамического материала-прототипа LiTao - Ngo - Mo> . Кроме того, повышение термочувствительности керамического материала в области температур 20-250 С обеспечивает появление второго сигнала по электросоппотивлению при нагревах менее

250 С, когда диэлектрическая проницаемость композиции и емкость датчика резко уменьшаются, тем саьым расширяется интервал эксплуатации датчиков с 250-740 до 20-740 С.

Повышение электросопротивления более, чем на 2 порядка повышает стабильность сигнала при изменении емкости, что увеличивает надежность противопожарной системы в целом.

Таким образом, по сравнению с прототипом предлагаемое техническое решение позволяет получать экономичес" кий эффект от использования. керамического материала в термодатчиках за счет улучшения электрофизических характеристик: термочувствительности в 1,5-2 раза, термической стабильности электрофизических свойств, ре- . сурса эксплуатации датчика от.

1000 до 1500 ч, расширения температурного интервала эксплуатации от

20 до 740 С и повышения устойчивости сигнала, что уменьшает процент ложных срабатываний противопожарных систем.

1052499

Продолиеиие таблицы

Коаксиальная ячейка

Линейный датчик

9 пп

Состав материала, вес.Ф

Р"

Ом. см

В

» ° фф4 . »

2 Ьа Ta04 50

35

200 И80

300

400

500

2 0.10

7,1 10

600

500"600 8880

720

° В

740

LaTaO 60

12728

200

MgO . 30. .woi 1O

14343

300

10950

400

500

9950

600

7138

720

740

11603 50-100 2110

13232 100-150 2810

5446 150-200 2892

200

LiTaO

MgO 30

400

600

200-300 2845

720

Известная композиция

8448) 300-400

400-500

6822

500-600 5160

Корректор М. Демчик

Заказ 8784/17 Тирам 622

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, 3-35, Раушская наб ., д. 4/б

Подписное

Филиал ППП "Патент", r. Уагород, ул.. Проектная, 4

109

9,0 10

6,2 ° 10

9 г,г 108

2 7*10

»»»»ФФ ю»»» ° »»»»»»

6,5 ° 10

5,5 10

4,8 10

1,5 10

2,9 10

1,2 10

1,0 10

4,1 10

2,1 10

1,7 ° 10

8,1О 1О

Составитель Н. Фельдман

Редактор И. Касарда Техред М. Гергель

50- 100 6666

11433

14545 150"200 10100 .16866 200-300 11625

14047 300-400 16977

7513 400-500 12743