Активный элемент микрокриогенных устройств

 

Изобретение относится к активным элементам микрокриогенных устройств. Для получения активного элемента микрокриоИзобретение относится к криогенной технике, в частности к активным элементам микрокриогенных устройств, обладающих свойствами изменения температуры при изменении внешнего электрического поля в адиабатических условиях (электрокалорическим эффектом) и предназначенных для создания микрокриогенных охлаждающих устройств. Известны активные элементы микрокриогенных устройств из керамики скандотанталата свинца PbSco.sTao.sOa, характеризуемые изменением температуры на величину ДТмакс 1.6 - 1,8 К при наложении внешнего электрического поля интенсивностью 20 кВ/см и температурой Тмакс, при которой происходит максимальное изменение температуры ДТмаксУказанные активные элементы имеют ограниченный интервал рабочих температур (279-292,5К), что не позволяет создать микрокриогенные охлаждающие устройстгенных устройств с широким интервалом рабочих температур, расположенного в области температур ниже 273К. при одновременном сохранении большого значения температуры и наложении внешнего электрического поля в качестве активного элемента применяют известную керамику, твердого раствора (1-х) PbSco.sTao.sOa - xPbSco.sSbo.sOa. где х 0,02-0,12. Указанные активные элементы обеспечивают величину максимального изменения температуры ДТмакс 1,6 - 1,7К в области температур 250-272К при наложении электрического поля интенсивностью 20 к В/см. 1 табл. ва для работы в области температур ниже 273К, т.е. для охлаждения микрообьектов. Цель изобретения - получение активных элементов микрокриогенных устройств с широким интервалом рабочих температур , расположенным в области температур ниже 273К, при одновременном сохранении большого значения изменения температуры при наложении внешнего электрического поля. Указанная цель достигается применением известной керамики твердого раствора (1-х)РЬ5со,5Тао.50з - хРЬ5со.5$Ьо.50з. где х 0,02 - 0,12, в качестве активного элемента микрокриогенных устройств. Известно свойство указанной керамики твердого раствора проявлять аномалии диэлектрических и поляризационных характеристик при изменении соотношения компонентов твердого раствора. Однако свойство этого материала изменить свою температуру на величину 1,6 - 1.7 К при (/ с VJ о |СЛ го iЈ Сл

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛ ИСТИЧГ СКИХ

РЕСГ1УБПИК (si)s С 04 В 35/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

A 4

С) у

,Ы

)0 (л (21) 4812771/33 (22) 09.04,90 (46) 15.01.92. Бюл. М 2 (71) Научно-исследовательский институт физики твердого тела Латвийского государственного университета им, П, Стучки (72) Л,А. Шебанов, К,Я. Борманис и Б.А. Ласмане (53) 666.655 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

hh 1479440, кл. С 04 В 35/00. 1989.

Изв.АН СССР. Сер, Неорганические материалы, Т, 23, 1987, М 7, с. 1192-1195. (54)АКТИВНЫЙ ЭЛЕМЕНТ МИКРОКРИОГЕННЫХ УСТРОЙСТВ (57) Изобретение относится к активным элементам микрокриогенных устройств. Для получения активного элемента микрокоиоИзобретение относится к криогенной технике, в частности к активным элвментам микрокриогенных устройств, обладающих свойствами изменения температуры при изменении внешнего электрического поля в адиабатических условиях (электрокалорическим эффектом) и предназначенных для создания микрокриогенных охлаждающих устройств.

Известны активные элементы микрокриогенных устройств из керамики скандотанталата свинца РЬЯс05Та050з, характеризуемые изменением температуры на величину ЛТмакс - 1.6 — 1,8 К при наложении внешнего электрического поля интенсивностью 20 кВ/см и температурой

Тмакс, при которой происходит максимальное изменение температуры ЛТмакс

Указанные активные элементы имеют ограниченный интервал рабочих температур (279-292.5К), что не позволяет создать микрокриогенные охлаждающие устройст5U 1705263 А1 генных устройств с широким интервалом рабочих температур, расположенного в области температур ниже 273К, при одновременном сохранении большого значения температуры и наложении внешнего электрического поля в качестве активного элемента применяют известную керамику, твердого раствора (1-x) PbScp,БТао,50з — хРbScp,5SЬо.БОз. где х = 0,02 — 0,12. Указанные активные элементы обеспечивают величину максимального изменения температуры

ЛТ кс = 1,6 — 1,7К в области температур 250 — 272K при наложении электрического поля интенсивностью 20 к В /см.

1 табл, ва для работы в области температур ниже

273К, т.е. для охлаждения микрообьектов.

Цель изобретения — получение активных элементов микрокриогенных устройств с широким интервалом рабочих температур, расположенным в области температур ниже 273К, при одновременном сохранении большого значения изменения температуры при наложении внешнего электрического поля.

Указанная цель достигается применением известной керамики твердого раствора (1-х)РЬЗсо5Та0.50з — xPbSco qSbo,вОз, где х -0,02 — 0,12, в качестве активного элемента микрокриогенных устройств.

Известно свойство укаэанной керамики твердого раствора проявлять аномалии диэлектрических и поляризационных характеристик при изменении соотношения компонентов твердого раствора. Однако свойство этого материала изме fNTh свою температуру на величину 1,6 — 1,7 К при

1705263

55 наложении внешнего электрического поля интенсивностью 20 кВ/см при температурах 250-272 К в области сегнетоэлектрических фазовых переходов является новым, Это свойство позволяет использовать керамику твердого раствора скандотанталатаскандосурьмата свинца в качестве активного элемента микрокриогенных устройств с широким интервалом рабочих температур в области температур ниже 273 К при одновременном сохранении большого значения изменения температуры при наложении внешнего электрического поля.

При выходе за пределы соотношения компонентов х керамики твердого раствора в сторону более высоких значений наблюдается уменьшение максимальной величины изменения температуры АТм>«, что затрудняет использование материала в качестве активного элемента микрокриогенных устройств, При выходе за пределы соотношения компонентов х керамики твердого раствора в сторону более низких значений наблюдается повышение температуры ЬТмакс Bbl ше 273К.

Для получения керамики твердого раствора скандотанталата-скандосурьмата свинца используют сырье в виде оксидов марки "ОСЧ" в количествах, приведенных в таблице, и технологию, приведенную в примере. Для предотвращения потерь оксида свинца в различных стадиях высокотемпературного технологического процесса в исходную шихту добавляют дополнительно 2 мас.$ PbO сверх стехиометрии, Пример. В агатовом барабане (агатовые шары разных диаметров (от 5 до 15 мм) общей массой 150 r) проводят смешивание и помол в среде этилового спирта в течение

12 ч до размера частиц 1 — 3 мкм следующих количеств оксидов, r: РЬО 61,38; $с20з 9,48;

ТатОь 26,74; ЗЬ20з 2.40. После высушивания шликера в термостате при 300 С материал переносят в корундовый тигель который помещают в другой (диаметром больше), корундовый тигель. Пространство между тиглями заполняют засыпкой, Упакованную шихту загружают в огнеупорную печь и проводят первый синтез при температуре

850 С в течение 20 ч. После охлаждения разбирают упаковку и размещают и растирают синтезированную шихту в фарфоровой ступке. Проводят повторный помол и сушку шихты при укаэанных условиях. Для

50 улучшения однородности материала проводят второй и третий повторные синтезы при

950 С в течение 20 ч и при 1100 С в течение

5 ч с аналогичным промежуточным помолом шихты.

Полученные заготовки прессуют в виде дисков диаметром 50 мм под давлением

1000 кГ/см при комнатной температуре. г

Полученные заготовки подвергают одноосному горячему прессованию под давлением

250 кГ/см в воздушной атмосфере при

1300 С в течение 1,5 ч. На заключительном этапе керамические блоки подвергаюттермообработке при 1480-1500 С в течение 10 ч.

Получение однофазной керамики твердого раствора скандотанталата-скандосурьмата свинца для всех приведенных в таблице составов подтверждается рентгенографически. Параметры элементарной ячейки при 20 С равны а = 4,071 — 4,069 при изменении соотношения компонентов твердого раствора в пределах x = 0,02 — 0,12.

Симметрия ниже точки фазового перехода ромбоэдрическая. Экспериментальная плотность для всех приведенных в таблице составов керамики составляет 97,0-97,9 от теоретической.

Для измерения управляемого электрическим полем изменения температуры ЬТ из полученных керамических блоков вырезают и шлифуют плоскопараллельные пластины с размерами 20x10xO,Sмм,,на большие грани которых методом вжигания пасты наносят серебрянные электроды. На полученных образцах проводят измерения изменения температуры в зависимости от температуры образца при наложении электрического поля интенсивностью 20 кВ/см.

На основе этой зависимости определяют температуру ТмВкс, при которой наблюдается максимальная величина изменения температуры ЛТмакс.

В таблице приведены составы исходной шихты получаемых твердых растворов и их характеристики (Тма«и ЛТмакс), а также результаты измерений для составов, выходящих за границы пределов, пригодных для использования в качестве активных элементов микрокриогенн ых устройств.

Формула изобретения

Применение керамики твердого раствора (1-х) PbSco,sTao,50з — xPbSco,5Sbo,5Oç, где х = 0,02 — 0,12, в качестве активного элемента микрокриогенных устройств.

1705263

Составитель А,Рябов

Редактор М. Петрова Техред М.Моргентал Корректор М, Демчик, Заказ 166 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина. 101