Шихта для получения пьезокерамического материала

 

Использование: изобретение позволяет создать пьезокерамический материал, обладающий пониженным значением диэлектрической проницаемости, более низкими диэлектрическими потерями, высокой механической добротностью и расширенным диапазоном рабочих температур при сохранении высоких значений пьезоконстант. Сущность изобретения: шихта для получения пьезокерамического материала содержит оксиды свинца, титана, циркония, висмута, марганца, лантана, никеля и бария при следующем содержании компонентов (мас.%): PbO 63-64, ZrO₂ 19-20, TiO₂ 11-12, Bi₂O₃ 0,8-1,0, MnO₂ 0,25-0,30, La₂O₃ 0,5-0,7, NiO 0,3-0,5, BaCO₃ 2,7-3,0. использование изобретения эффективно при создании пьезотрансформаторов, пьезодвигателей, ультразвуковых излучателей, генераторов высокого напряжения и др. изделий пьезотехники, работающих в силовых режимах.

Изобретение относится к области производства пьезоэлектрических керамических материалов и может быть использовано для создания пьезотехнических устройств, работающих в силовых режимах, - пьезотрансформаторов, пьезодвигателей, ультразвуковых излучателей, генераторов высокого напряжения и др.

Известны пьезокерамические материалы на основе титаната-цирконата свинца ПРК-8 и PZT-8, описанные в (1), характеристики которых приведены в таблице 1. Указанные материалы имеют относительно невысокие значения пьезоэлектрических коэффициентов, что ограничивает возможности их использования в пьезотехнических устройствах.

Наиболее близким к заявленному изобретению по технической сущности является известный пьезокерамический материал на основе цирконата-титаната свинца ЦТМ-Ст-3(в), получаемый по обычной керамической технологии и содержащий оксиды свинца, титана, циркония, висмута, марганца, лантана, стронция и цинка. Основные характеристики этого материала приведены в (2), таблица 2. Материал-прототип отличается высокими значениями ε₃₃/ε₀, tgδ и невысокой механической добротностью Q_м.

Заявленное изобретение позволяет получить пьезокерамический материал, обладающий пониженным значением диэлектрической проницаемости, более низкими диэлектрическими потерями, высокой механической добротностью и расширенным диапазоном рабочих температур при сохранении высоких значений пьезоконстант.

Указанный технический эффект достигается тем, что в известный пьезокерамический материал, включающий оксиды свинца титана, циркония, висмута, марганца, лантана, введены оксиды никеля и бария при следующем соотношении компонентов, мас.

PbO 63-64 ZrO₂ 19-20 TiO₂ 11-12 Bi₂O₃ 0,8-1,0 MnO₂ 0,25-0,30 La₂O₃ 0,5-0,7 NiO 0,3-0,5 BaCO₃ 2,7-3,0.

Введение в пьезокерамический материал оксидов бария и никеля позволяет улучшить основные электрофизические параметры с точки зрения снижения диэлектрической проницаемости и диэлектрических потерь, повысить механическую добротность и расширить диапазон рабочих температур при сохранении высоких значений пьезоконстант.

Изобретение осуществляют следующим образом.

В качестве исходных материалов предложенного пьезокерамического материала использовались оксиды PbO, ZrO₂ квалификации "ч", TiO₂ - квалификации "конденсаторная", Bi₂O₃, MnO₂, NiO, BaCO₃ квалификации "чда", La₂O₃ квалификации ЛАО.

Материал получали следующим образом. Смешение компонентов осуществляли в шаровой мельнице в водной среде. После сушки шихту брикетировали и синтезировали при 1120 К в течение 14,4·10³ с. Спекание образцов диаметром 11 м и высотой 3 мм осуществляли в течение 7,2·10³ с при 1490-1530 К. На сошлифованные до 1 мм диски вжиганием наносили серебряные электроды. Образцы поляризовали в воздушной среде с переходом через точку Кюри электрическим полем напряженностью 10 кВ/см в течение 20 с с охлаждением под полем до комнатной температуры.

Определение электрофизических характеристик проводилось в соответствии с ГОСТом 12370-72, пьезомодуль d₃₃ определялся квазистатическим методом.

В таблице 2 приведены основные характеристики полученного материала в зависимости от состава.

Полученные экспериментальные данные свидетельствуют о том, что пьезокерамический материал предложенного состава обладает оптимальными с точки зрения решаемой технической задачи характеристиками в интервале величин, указанном в формуле изобретения (см. табл. 2).

Данные, приведенные в таблице 1, подтверждают преимущества предложенного пьезокерамического материала по сравнению с материалами-аналогами и прототипом ЦТС-Ст-3, а именно снижение значения диэлектрической проницаемости, более низкие диэлектрические потери, высокую механическую добротность, повышение предела рабочих температур при сохранении высоких значений пьезоконстант.

Использование изобретения эффективно при создании пьезотрансформаторов, пьезодвигателей, ультразвуковых излучателей, генераторов высокого напряжения и других изделий пьезотехники, работающих в силовых режимах.

Формула изобретения

Шихта для получения пьезокерамического материала, включающая PbO, ZrO₂, TiO₂, Bi₂O₃, MnO₂ и La₂O₃, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит NiO и BaCO₃ при следующем соотношении компонентов, мас.

PbO 63 64 ZrO₂ 19 20
TiO₂ 11 12
Bi₂O₃ 0,8 1,0
MnO₂ 0,25 0,30
La₂O₃ 0,5 0,7
NiO 0,3 0,5
BaCO₃ 2,7 3,0

РИСУНКИ

Рисунок 1