Пьезокерамический материал

 

Изобретение может быть использовано в пьезотехнике для изготовления электромеханических преобразователей. Технический результат изобретения - снижение температуры обжига, достижение повышенной механической прочности и объемного электросопротивления материала. Пьезокерамический материал представляет собой трехкомпонентный твердый раствор титаната свинца, цирконата свинца и натрий-висмутового титаната, в который сверх стехиометрии добавляют 0,5-2 вес.% стекла следующего состава, мол.%: 40-44 PbO, 10-12 TiO2, 1,0-2,0 Li2O, 1,0-4,0 Sb 2O5, 40-45 SiO2 . 1 табл.

Настоящее изобретение относится к приборостроению и может быть использовано в пьезотехнике для изготовления электромеханических преобразователей с повышенной механической прочностью.

Известен пьезокерамический материал на основе PbTiO 3-PbZrO3 с содержанием SrTiO 3 и Na0,5Bi0,5 TiO3 (авторское свидетельство № 1840654).

Состав, обладающий оптимальными свойствами, под индексом ЦТСНВ-1, освоен и выпускается промышленностью. Однако образцы, изготовленные из ЦТСНВ-1 в заводских условиях, обладают низкой механической прочностью (например, по МРТУ СЭО 712006 предел механической прочности на растяжение р=16,7 н/м2 , на сжатие сж=35,0·106 н/м2) и пониженным объемным электросопротивлением (v при t=20±5°C равно 10 10 Ом/см).

Повышение механической прочности и объемного электросопротивления пьезоматериала достигается за счет его модифицирования стеклообразующей добавкой.

Для приготовления стекла используются окислы: PbO, TiO2, Li2 O, Sb2O5 и SiO 2.

Стекло имеет следующий состав в молярных процентах:

PbO 40-44; TiO2 10-12; Li 2O 1,0-2,0; Sb2O5 1,0-4,0; SiO2 40-45.

Изготовление упрочненных пьезоэлементов включает в себя:

1. Синтез стекла.

2. Приготовление керамической шихты.

3. Введение стекла в керамическую шихту.

4. Прессование заготовок.

5. Обжиг заготовок.

6. Поляризация элементов.

Синтез стекла производится в силитовой печи при температуре 1300-1550°С. Стекло фриттуется. Стекольная фритта высушивается и измельчается до прохождения через сито №0056 (10000 отв/см 2).

Приготовление пьезокерамической шихты осуществляется по принятому в производстве "керамическому" способу или "химическим" способом.

Измельченное стекло добавляется в необходимой концентрации 0,5, 1,0; 1,5; 2,0 вес% сверх стехиометрии пьезокерамического материала перед операцией тонкого измельчения керамики. Прессование заготовок производится на гидравлическом прессе при удельном давлении 800-1200 кг/см 2 в зависимости от конфигурации детали.

Заготовки обжигаются в электрической силитовой печи при температуре 1060-1100°C.

Указанные температуры обжига заготовок на 40-60°С ниже, чем температуры, при которых производятся обжиги заготовок, изготовленных из состава, не содержащего стекла. Это обстоятельство важно, так как с повышением температуры обжига летучесть паров окиси свинца увеличивается, вследствие чего параметры элементов ухудшаются.

Изготовленные элементы имеют повышенную плотность (не ниже 7,5 г/см3), нулевое водопоглощение, повышенное объемное электросопротивление (v до 1015 Ом/см при t=20±5°C).

Изготовление пьезоэлементов из состава ЦТСНВ-1 с добавкой стекла опробовано в лабораторных и заводских условиях. Изготовлены пьезоэлементы различной конфигурации: шайбы, диски, призмы.

Результаты измерений пьезоэлементов приведены в таблице.

Данные таблицы показывают, что введение стеклообразующей добавки в пьезокерамику ЦТСНВ-1 увеличивает механическую прочность элементов, так как пределы механической прочности не растяжение и сжатие элементов из этой керамики в два раза больше, чем у элементов, изготовленных из немодифицированной керамики.

Электрофизические параметры модифицированной керамики практически не отличаются от параметров пьезокерамики, не содержащей стеклообразующей добавки.

Таблица СоставВес % стеклообразующей добавки tg,%d31, к/н сзв, м/с КQм p, н/м2 сж н/м2 v, Ом/см при t=20±5°С ЦТСНВ-1- 1,91850 19529000,45 6016,7·106 35.106 1·1010 -"-0,51,8 1700180 30000,5168 27,5·10680·10 61·1014 -"- 1,01,81700 18030000,47 7234,5·106 80·106 1·1015 -"-1,51,8 1660165 31000,3972 31,0·10680·10 61·1015 -"- 2,01,81660 16531000,38 7729,0·106 80·106 1·1015

Формула изобретения

Пьезокерамический материал по авт. св. № 1840654, отличающийся тем, что, с целью повышения механической прочности и объемного электросопротивления, он дополнительно содержит 0,5-2% по весу добавки стекла, содержащего, мол.%:

SiO2 40-45PbO40-44 TiO2 10-15Li2O 1-2Sb 2O51-4



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к материалам пьезотехники и может быть использовано при изготовлении пьезоэлектрических преобразователей ультразвуковых дефектоскопов , толщинометров, приборов медицинской диагностики

Изобретение относится к керамическим материалам с сегнетоэлектрическими свойствами и может быть использовано в электронной технике

Изобретение относится к материалам пьезотехники и может быть использовано в пьезоэлектрических преобразователях ультразвуковых приборов неразрушающего контроля (дефектоскопах, толщинометрах)

Изобретение относится к пьезокерамическим материалам и может быть использовано для изготовления пьезоэлектрических фильтров, СВЧ-резонаторов и других устройств, сочетающих высокие пьезосвойства и низкие диэлектрические потери

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для изготовления керамических фильтров для интегральных схем

Изобретение относится к пьезокерамическим материалам, используемым для Изготовления пьезодатчиков, пьезофильтров в блоках обработки радиолокационных сигналов и СВЧ-резонаторов

Изобретение относится к пьезокерамическим материалам, созданным для изготовления преобразователей, датчиков, электромеханических фильтров , работающих в СВЧ-диапазоне

Изобретение относится к области пьезоэлектрической керамики с высоким соотношением продольного и поперечного пьезомодулей и повьшенной температурой Кюри

Изобретение относится к составам легкоплавких стеклокристаллических композиционных материалов, предназначенных для спаивания стеклопластин при изготовлении газоразрядных индикаторных панелей и стеклопакетов, а также для спаивания кремниевых пластин, при изготовлении структур кремний-на-изоляторе и интегральных сенсоров, для защиты и герметизации электронных компонентов и интегральных схем

Изобретение относится к области получения полимерных композитов, в частности композиционных полимерных материалов с пьезоэлектрическими свойствами, используемых в качестве датчиков контроля состояния элементов конструкций в процессе воздействия различных видов нагружения
Изобретение относится к пиро- и пьезоэлектрическим керамическим материалам на основе комплексных оксидов и может быть использовано для создания рабочих элементов датчиков пироэлектрических приемников теплового излучения в системах пожарной и охранной сигнализации и в пьезоэлектрических изделиях, используемых в качестве преобразователей в ультразвуковых дефектоскопах и толщиномерах

Изобретение относится к области получения сложных оксидных материалов, в частности к получению титанатов щелочноземельных металлов или свинца, частично замещенных железом, и может быть использовано для производства материалов газовых сенсоров, работающих при высоких (выше 1000°C) температурах, а также материалов, обладающих важными для практического использования электрическими, магнитными, оптическими и магнитооптическими характеристиками

Изобретение относится к пьезокерамическим материалам и может быть использовано при создании пьезопреобразователей для приборов высокотемпературной виброметрии, УЗ-аппаратуры для дефектоскопии и дефектометрии, УЗ-медицинской диагностической аппаратуры, геофизической УЗ-аппаратуры и высокочастотной гидроакустической аппаратуры (звуковидение)

Изобретение относится к материалам, применяемым в радиотехнике, в частности в телефонии для изготовления микрофонов и в медицине для изготовления ингаляторов и т

Изобретение относится к пьезотехнике, например, для изготовления излучателей и приемников ультразвука, пьезодатчиков давления

Изобретение относится к пьезоэлектрическим керамическим материалам и может быть использовано в низкочастотных приемных устройствах, гидрофонах, сонарах, работающих в гидростатическом режиме, акустических приемниках, датчиках давления. Состав материала, мас.%: PbO 69,39-69,68, Nb2O5 17,98-19,28, TiO2 7,46-8,73, MgO 1,76-1,90, NiO 1,08-1,14 и ZnO 0,77-0,83, что соответствует фазовому составу: aPbTiO3+bPbNb2/3Mg1/3O3+cPbNb2/3Ni1/3O3+dPbNb2/3Zn1/3O3, где а=30.00÷35.00 (в мол.%), b=41.95÷45.41 (в мол.%), c=13.93÷14.77 (в мол.%), d=9.12÷9.82 (в мол.%), a+b+c+d=100%. Гетеровалентное модифицирование материала на основе PbO (Pb2+), Nb2O5 (Nb5+), TiO2 (Ti4+) и ZnO (Zn2+) оксидами двухвалентных металлов MgO (Mg2+) и NiO (Ni2+) приводит к образованию кислородных вакансий в процессе спекания и к формированию сегнетомягкой структуры, повышению мобильности доменных стенок и, как следствие, повышению диэлектрической проницаемости ε 33   T ε 0 , пьезомодуля d33, гидростатического пьезомодуля dh и гидростатической добротности dh·gh и снижению механической добротности Qm за счет усиления внутреннего трения при большой подвижности доменных стенок. 2 табл.

Изобретение относится к области сегнетомягких пьезокерамических материалов широкого применения, предназначенных для изготовления ультразвуковых устройств, работающих в режиме приема, пьезодатчиков различного назначения, а также для изготовления многослойных пьезокерамических элементов: актюаторов, биморфов и др., которые находят применение для контроля и точного позиционирования технологического оборудования в микроэлектронном производстве, для стыковки и подстройки оптических волокон, при автоюстировке и подстройке лазерных зеркал интерферометров, для управления лазерным лучом в различных системах. Пьезокерамический материал содержит следующие компоненты, мас.%: PbO 62,90-64,08; ZrO2 18,96-20,10; TiO2 10,85-11,63; SrO 1,53-2,64; WO3 0,34-0,62; Bi2O3 1,01-1,86; Ni2O3 0,08-0,23; CdO 0,59-1,18; GeO2 0,2-1,0. Технический результат изобретения заключается в снижении температуры спекания пьезокерамического материала (Тсп≤940°С) ниже температуры плавления серебра (Тпл=960,8°С), что обеспечивает возможности использования серебра для межслойных электродов, а также более высокие электрофизические параметры по сравнению с известными аналогами материалов этого класса. 1 пр., 1 табл.
Наверх