Пьезоэлектрический керамический материал

 

Изобретение относится к материалам, применяемым в радиотехнике, в частности в телефонии для изготовления микрофонов и в медицине для изготовления ингаляторов и т. п. Сущность изобретения: пьезоэлектрический керамический материал содержит, мол. оксид висмута 0,98 1,00; оксид вольфрама 0,33 - 0,66; оксид олова 0,50 1,00; оксид сурьмы 0,30 1,50; цирконат-титанат свинца, с содержанием цирконата свинца 53 ± 1 мол. с замещением свинца на стронций в количестве 0,5 15 ат. - остальное. Изобретение позволяет повысить пьезомодуль d₃₁, диэлектрическую проницаемость и коэффициент электромеханической связи. 1 з. п. ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к материалам, применяемым в радиоэлектронике, в частности для механо-электрических зарядных устройств, в телефонии и т.п.

Известен пьезоэлектрический материал [1] на основе цирконата-титаната свинца с добавками оксидов висмута, вольфрама и двухвалентного элемента при следующем соотношении компонентов, мол. твердые растворы цирконата-титаната свинца основа, окись вольфрама в количестве 0,3-3,5, трехокись висмута в количестве 0,25-5,0 и окись одного из двухвалентных элементов (Sr, Ca, Zn, Ba) в количестве 1,0-10.

Недостатком указанного материала являются сравнительно высокие диэлектрические потери tg δ до 0,03.

Наиболее близким по совокупности признаков к предлагаемому изобретению является пьезоэлектрический керамический материал [2] на основе цирконата-титаната свинца с добавками оксидов висмута, вольфрама и четырехвалентного элемента из группы: титан, цирконий, олово, германий, церий при следующем соотношении компонентов, мол. оксид висмута 0,98-1,00; оксид вольфрама 0,32-0,68; оксид четырехвалентного элемента 0,50-1,00; цирконат-титанат свинца или цирконат-титанат свинца с замещением свинца стронцием и/или барием в количестве 0,5-15 ат. остальное.

Недостатком указанного материала являются недостаточно высокие значения диэлектрической проницаемости, коэффициента электромеханической связи и пьезомодуля d₃₁.

Для получения пьезоэлектрического керамического материала с повышенными значениями диэлектрической проницаемости, коэффициента электромеханической связи и пьезомодуля d₃₁, в цирконат-титанат свинца с замещением свинца стронцием в количестве 0,5-15 ат. и с добавками в количестве (мол.): оксида висмута 0,98-1,00; оксида вольфрама 0,33-0,66; оксида олова 0,50-1,00; дополнительно вводят оксид сурьмы 0,30-1,50.

Отличительным признаком заявляемого изобретения является дополнительное введение оксида сурьмы в количестве, мол. 0,30-1,50.

П р и м е р 1. Пьезоэлектрический керамический материал состава, мол. Bi₂O₃ 0,99 WO₃ 0,50 SnO₂ 0,99 Sb₂O₃ 0,30 (Pb_0,94Sr_0,06)(Zr_0,53Ti_0,47)O₃ 97,22 Для приготовления ≈ 1кг материала указанного состава готовят шихту, состоящую из оксидов и карбонатов исходных металлов в следующих количествах, г: Bi₂O₃ 11,55; WO₃ 2,90; SnO₂ 3,77; Sb₂O₃ 2,19; PbCO₃ 615,41; SrCO₃ 21,70; ZrO₂ 159,97; TiO₂ 92,00. Смесь исходных компонентов подвергают дальнейшему смешению и помолу в шаровой или вибромельнице. Полученную шихту обжигают при (1000 ± 50)^оС в течение (3,0 ± 0,5) ч. Прокаленный продукт измельчают в шаровой или вибромельнице в порошок с удельной поверхностью 0,40-0,55 м²/г, добавляют в качестве связки водный раствор поливинилового спирта и прессуют заготовки, например, в виде дисков диаметром 10 ± 1 или 23 ± 1 мм и толщиной 3,0 ± 0,5 мм при давлении 1,0-1,5 т/см². Спрессованные заготовки помещают на керамические подложки из оксида циркония (или алюминия), затем в никелевый или алундовый короб. Закрытый короб с заготовками помещают в печь. Образцы спекают при температуре (1200 ± 40)^оС в течение 2-3 ч. Спеченные образцы шлифуют до толщины (1,0 ± 0,1) мм, затем наносят на них электроды путем вжигания серебряной пасты при (700-800)^оС в течение 0,3-0,5 ч. Поляризацию изделий проводят в полиэтилсилоксановой жидкости ПЭС-5 в постоянном электрическом поле напряженностью 3-4 кВ/мм при (100 ± 10)^оС в течение (1+ 0,2) ч.

Аналогично получены пьезоэлектрические керамические материалы, представленные примерами 2-15. Состав этих материалов приведен в таблице. В этой же таблице приведены электрофизические свойства полученных материалов, измеренные по стандартным методикам.

Как видно из таблицы, введение добавки оксида сурьмы количестве (мол.) 0,30-1,50 ведет к повышению диэлектрической проницаемости 2100-3000 (у прототипа 1220-1900), коэффициента электромеханической связи 0,56-0,70 (у прототипа 0,56-0,62), и пьезомодуля d₃₁ 150-235 (у прототипа 125-163).

Из таблицы видно также, что уменьшение или увеличение количества добавок висмута, вольфрама, олова и сурьмы относительно предложенного приводит к ухудшению пьезоэлектрических характеристик керамики.

Формула изобретения

1. ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ КЕРАМИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ на основе цирконата-титаната свинца с замещением свинца стронцием в количестве 0,5 15 ат. с добавками оксидов висмута, вольфрама и олова, отличающийся тем, что он дополнительно содержит оксид сурьмы при следующем соотношении компонентов, мол.

Оксид висмута 0,98 1,00 Оксид вольфрама 0,33 0,66 Оксид олова 0,5 1,0 Оксид сурьмы 0,3 1,5 Указанный цирконат-титанат свинца Остальное 2. Материал по п.1, отличающийся тем, что цирконат-титанат свинца содержит (53 ± 1)мол. цирконата свинца.

РИСУНКИ

Рисунок 1