Пьезоэлектрический керамический материал (его варианты)

 

1. Пьезоэлектрический керамический материал, содержащий N а20, К20, NbjOg, CdO, о тли ч ающий с я тем, что, с целью повьшения диэлектрической проницаемости скорости звука , снижения температуры спекания при сохранении высоких значений пьезоэлектрического коэффициента , он содержит указанные компоненты при следующем соотношении, мас.%: 8,69-8,98 13,20-13,64 74,51-77,00 CdO 0,38-3,60 2. Пьезоэлектрический керамический материал, содержащий NajO, , NbjO, QeOg, отличающийся тем, что с целью повьшения диэлектрической проницаемости, скорости звука, снижения температуры спекания при сохранении высоких значений пьезоэлектричес (/) кого коэффициента , он содержит указанные компоненты при следующем соотношении, мас.%: 8,88-8,93 13,49-13,57 76,14-76,60 NbjOy qe02 0,90-1,49

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

) ЕСГ)УБЛИН

09) (И) С 04 В 35/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ с

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНЦЫТИЙ (21) 3551727/29-33 (22) 07.02.83 (46) 07.06.84. Бюл. У 21 (72) Е.Г. Фесенко, Е.С. Цихоцкий, М.Г. Куринов, Ю.Г. Пономаренко, Л.Д. Гринева, Л.А. Резниченко, Л.С. Иванова, А.Я. Данцигер, О.Н. Разумовская, А.Е ° Панич и Э.Б. Постников (71) Ростовский ордена Трудового

Красного Знамени государственный университет им. М.А. Суслова (53) 666.655(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Ф 687042, кл. С 04 В 35/00, 1977.

2. Сборник "Титанат бария". N.

"Наука", 1973, с. 201-209 (прототип). (54) ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ КЕРАМИЧЕСКИЙ

МАТЕРИАЛ (ЕГО ВАРИАНТЫ). (57) 1. Пьезоэлектрический керамический материал, содержащий Я а О, К О, ЙЪ О,C30,отличающийся тем, что, с целью повышения диэлектрической проницаемости скорости звука, снижения температуры спекания при сохранении высоких значений пьезоэлектрического коэффициента g,,он содержит указанные компоненты при следующем соотношении, мас.7:

NazO 8,69-8,98

К О 13,20-13,64

HbzOS 74,51-77,00

С<30 0,38-3,60

2. Пьезоэлектрический керамический материал, содержащий N а О, К О, КЬ О, CjeO2, отличающийся тем, что с целью повышения диэлектрической проницаемости, скорости звука, снижения температуры спекания при сохране- Е

O нии высоких значений пьезоэлектричес.кого коэффициента, он содержит указанные «емпаненты ппн следующем соотношении, мас.Х:

М а О 8, 88-8, 93

К,О 13,49-13,57

МЪрО 76,14-76,60

4 е02 0,90- I 49

1096251

Т аблица 1

Содержание но?аюнентов в составах, вес.Х

Nb... 0 " СЙО

-"7 g3, х аеа

4,02

490

77,12

77,00

3,95

510

13,64

Изобретение относится к пьезоэлектрическим керамическим материалам и может быть использовано для создания высокочувствительных электромеханических преобразователей, основанных на явлении пьезоэлектричества, и, в частности, для устройств измерения механических воздействий,,например давления.

Известен сегнетопьезоэлектрический 1" керамический материал на основе твердых растворов метаниобатов щелочных металлов (1) .

Однако материал при применении его в определенного рода радиотех«ических устройствах., в частности в устройствах измерения механических воздействий, характеризуется «едостаточно высокими значениями диэлектрической прониц",åìîñò« (6 3 /Ео =100-300) и ?О скорости звука (=4,8 10 м/с),нс обеспечивающие хорошее согласование пьезоэлементов с внеш«ей цепью по электр "".ескому coïðîò??ûëå?ию, и также высокой температурой спекания (1,801220 С).

Наиболее близким к предлагаемому является материал (2), содержащ?>й

8 a,>О, K-О, ?Ji> О, С О (или G eOz) в следующем соотноп..енин, мас.Х: Й а О 30

8.98; К„О 13,53; Nb< О 77,12; CdO

0,37, или 1 а>О 8,64; К20 13,13;

Nbg >- 76,42; 01e02 1,80. Злектрофизические нараметры указанных материалов следующие: 35 ..у /Ео = 300-330„ з, =- (13, 8 -15;, 7)"

;.10 з Бм/Н. К = 0 35-0 38; Тспо,= .

1180-1220 С; V(= (4,69-4,80)х 103 м/с

При высоком значе«ии пьезоэлектри-,1О ческого коэффициента g эти составы обладают пониженными значениями диэлектрической проницаемости Я /Ео и скорости звука Vp, а также спекаются при высокой температуре Тсп

Цель изобретения — повышение диэлектрической проницаемости, скорости

1 звука, снижение температуры спекания при сохра«енин высоких значений пьезоэлектрического коэффициента (Указанная цель достигается тем, что пьезоэлектрический керамический материал, включающий 1а О, К>О, ib 0, С4О, содержит указанные компоненты гри следующем их соотношении, мас.%:

Na O 8,98-8,69

КФ 13,64-13,20

ЙЬ206 77,00-74,51

Cd 0 3,60-0,38

Указанная цель достигается тем, что пьезоэлектрический керамический материал, включающий На О, К20, I"1>>O, GeO2, содержит указанные компоне«ты в следующем соотношении, мас. 7,:

N.а""-20 8,88-8,93

1 0 13,49-13,57

М b205 76, 14-76, 60

С е02 0,90-1,49.

8 табл. 1 приведены примеры конкретного выполнения составов материала.

Синтез осуществляют двукратным обжигом при Т1 = 800 С, Ò2 = 850 С, 0 о продолжительностях 4<= 12= 5 ч. Спе— кание проводят методом горячего прессования при давлении 100

200 кг/см -, длительностях изотерми- еских выдержек при температурах спекания от 40 мин до 6-8 ч. Более ! низкие величины давления (<200 кг/см ) г и удлиненные изотермические выдержки (6--8 ч) применяются при изготовлении материалов в виде крупногабаритных блоков размерами 110xi 10х25 мм, 70х75 мм.

Поляризация образцов проводится

О в силиконовом масле при 140 С в течение 45 мин в поле напряженностью

55 кВ/см с последующим охлаждением под полем до 90.С. Значения электро0 физических параметров данного материала приведены в табл. 1.

1096251

«Цро щркение етабл 1

Состав

Содержание компонентов в составах, вес.Z

Езъ

Ео

Na O к о яь о

CdO

2 37

8,94

0,83

500

8,88

1,47

1040

2,81

8,81

2,20

750

2,70

8,69

3,60

610

2,02

8,63

4,29

480

3,25

8,96

0,60

507

3,4!

8,93

13,57 76,60

0,90

530

3,15

8,91

13,53

13,49

76,37

76,14

1,19

510

3,21

520

8,88

1,49

3,26

8,85

13 45 75,91

1,79

470

4,04

Продолжение табл. 1

Параметры

Состав

1 ! кл/Н B м/H м/с г/см

Кр

1090

4,59

5,15

3,7

4,46

5,51

6,6

1065

4,52

6,00

6,8

5,4

915

4,59

5,45

1045

4,52

5,76

6,5

0,32

5,36

1065

4,54

7,8

0,34

1110

4,60

5,10

4,9

0,22

1070

5 59

5,13

4,9

0,23

1010

4,56

5,46

7,2

0,301

0,310

0,277

990

4,55

5,41

7,7

10

4,54

1035

5,38

1070

4,59

5,15

4,8

0,21

0,210

0,269

0,300

0,310

13,51

13,49

13,39

13,20

13,10

13,61

76,72

76,16

75,60

74,51

73,98

76,83

1096251

Таблица 2

Параметры

Материал! g, 10

В.м/Н

4,5

12,2

0,45

К)о, МэО;

Прототип

450

13 8-15 7

0 35--0,38

4,4-5,0

450 .50

ТБКС

4,0

550

P-б В

0,27-0,34 6,6-7,8

5,38-6,00

510-610

Предлагаемый

Как видно из табл. 2, по сочетанию более эффективно использоваться для параметров предлагаемый материал может создания высокочувствительных датчиков.

ВНИИХИ Заказ 3738/17 Тираж 606 Подписное

СЪ Ф3 и

Филиал БШ "Патеит",, г„Ужгород„ул.Проектная, 4

Как видно из табл. 1,введение С30 в указанных пределах концентраций позволяет увеличить E>> / 6о и Ч по сравнению с аналогичными параметрами известного материала при сохранении 5 высоких значений пьезочувствительности, а также снизить Т и материала.

Последний эффект достигается не использованием метода горячего прессования, а количественным составом

10 .материала. Приложение внешнего давления при спекании ниобатных материалов методом горячего прессования не приводит к сдвигу их температуры спека-, ния в сторону более низких температур, Положительный эффект предлагаемого материала обусловлен его качественным и количественным составом. что подтверждают примеры № 1, 7, 8 и 12,. демонстрирующие ухудшение свойств за 26 пределами предлагаемой области концентраций Нарушение пределов приводит к уменьшению 33:,, K„„ Vg

Повышение F„T /с данных материалов о

- г обеспечивает увеличение электростатической емкости между- электродами без изменения (умепьшения) rcометрических размеров устройств (затруднившего бы технологию их изготовления), 1 r а повышение „-, Fz и р благсприят- 0 ствует хорошему электрическому и акустическому согласованию узлов датчика с измерительными блоками устройств. Последнее способствует высокому соотношению уровней полезного сигнала и шума в высокочувствительных устройствах, в частности устройствах измерения механических воздействий, например давления. Увеличение

Е ведет к снижению ; и сохранение высоких значений последнего не всегда достижимо.

Высокие преобразователей позволяют расширить частотный диапазон их использования и облегчить конструктивное исполнение устройств.

Снижение Тс способствует улучшению воспроизводимости свойств полученных материалов за счет сохранения заданного стехиометрического состава в результате уменьшения возгонки компонентов при пониженных температурах спекания, долговечности и надежности работы технологического оборудования, экономии материалов (металлов, используемых при изготовлении технологической оснастки).

Наиболее оптимальное сочетание параметров наблюдается у составов 2, б и 10: K->Q /Co = 510-610> Kp = 0 2690 34 d 10 — = 30-42 ф 10 и cA 5 м

9 ъ тн „„9 g3q з

6,6-7,8;1/ 10 — = 5,56-5,51; р, г/см = 4,46-4,55.

В табл. 2 приведены значения электрофизических характеристик данного . материала, прототипа, а также промьппленных материалов, применяемых в ВЧ технике.