Пьезокерамический материал

 

Изобретение эффективно при создании пьезокерамических элементов для гидроакустических приборов, работающих в режимах как приема, так и излучения. Техническим результатом является получение пьезокерамического материала средней сегнетожесткости с tg= 0,23-0,48%; величиной Кр, равной 0,59-0,63; высоким значением d31 ((145-190) 10-12 Кл/Н), Qм = 300-690. Пьезокерамический материал содержит оксиды при следующем соотношении, мас.%: PbO 65,84-66,03; ZrO2 19,64-19,67; TiO2 11,43-11,51; SrO 1,55-1,56; Nb2O5 0,29-0,58; ZnO 0,20-0,36; MnO 0,11-0,20; La2O3 0,26-0,46; Bi2O3 0,39-0,68. 2 табл.

Изобретение относится к области пьезоэлектрических керамических материалов средней сегнетожесткости, устойчивых к электрическим и механическим воздействиям, и предназначено для создания пьезокерамических элементов гидроакустических приборов, эффективно работающих в режимах как приема, так и излучения.

Зарубежные фирмы, как правило, содержат в своих каталогах два класса сегнетожестких керамик (PZT4 и PZT8 "Morgan Matroc" (Электронный каталог фирмы "Morgan Matroc", США: http://www.morganmatroc-ecd.com/catalog/propert. htm); ВМ400 и BM800 "Sensor Technology Ltd." (Sensor Technology Limited (BM Hi-tech Division). Piezoelectric ceramics. Product catalogue. Application notes. 1995.); APC840 и АРС841 "APC International Ltd." (Электронный каталог фирмы "АРС International Ltd.", CША: http://www.thomasregister. com/olc/apc/apcpiez. htm)), отличающихся своими характеристиками [1-3]. Один из них условно можно отнести к материалам средней сегнетожесткости. Эти материалы обладают относительно низкой для сегнетожестких материалов механической добротностью Qм<700, относительно высокой величиной T33/0>1200 и высокими значениями коэффициентов электромеханической связи Kij, приближающимися по своей величине к коэффициентам электромеханической связи сегнетомягких материалов. В отечественной литературе к материалам средней сегнетожесткости принято относить ЦТСтВС-2 (Климов В.В., Дидковская О.С., Приседский В. В. Изв. АН СССР. Неорганические материалы, 1982, Т. 18, С. 1650), ЦТБС-3 (Отраслевой стандарт ОСТ 11 0444-87. Материалы пьезокерамические) [4-5] . Основные характеристики обсуждаемых материалов приведены в табл. 1. Как видно из таблицы, основная масса материалов данного класса имеет добротность в пределах Qм= 350-500 и величину Кр>0,58. Отечественные материалы обладают большими значениями относительной диэлектрической проницаемости и d33. Вместе с тем ЦТБС-3 демонстрирует относительно низкие значения коэффициентов электромеханической связи и пьезочувствительности g33. Низкими значениям пьезоэлектрических модулей характеризуется керамика С-2, C-22 тайваньской фирмы "SPK Electronics Co., Ltd." (Электронный каталог фирмы "SPK Electronics Co., Ltd.", Тайвань; http://spikecl.com/chapte8b.htm) [6].

Основой известных материалов ЦТСтБС-2, выпускаемого Украиной, и ЦТБС-3 российского производства являются оксиды свинца, стронция, бария, титана и циркония.

Наиболее близким к заявляемому материалу по химической композиции является пьезокерамический материал (Патент RU 2002719 C1, С 04 В 35/00, опубл. 15.11.1993) [7], принимаемый за прототип, относящийся к сегнетожестким материалам (ЦТССт-5) и обладающий параметрами: tg = 0,9%, T33/0 = 1000, Кр= 0,50, d31= 9010-12 Кл/Н, Qм > 700 (Веневцев Ю.Н., Политова Е.Д., Иванов С. А. Сегнето- и антисегнетоэлектрики семейства титаната бария. - М.: Химия, 1985, 256 с. ) [8]. Однако известный материал не может быть эффективно использован в области создания пьезоэлементов для гидроакустических приборов, работающих в режимах как приема, так и излучения.

Техническим результатом является получение пьезокерамического материала средней сегнетожесткости, который может быть эффективно использован в области создания пьезоэлементов для гидроакустических приборов, работающих в режимах как приема, так и излучения, за счет понижения tg (0,23-0,48%), повышения величины пьезомодуля d31 ((145-190)(10-12Кл/Н) и коэффициента электромеханической связи Кр (0,59-0,63).

Последнее достигается введением добавок Lа2О3 и Nb2O5. Известно (Фесенко Е.Г., Данцигер А.Я., Разумовская О.Н. Новые пьезокерамические материалы. Ростов-на-Дону. Изд-во Ростовского ун-та, 1983, 160 с.) [9], что добавки Lа2О3 и Nb2O5 повышают сегнетожесткость материала, т.е. повышают T33/0, tg, d31, Kр и снижают механическую добротность Qм. Таким образом, введение в химическую композицию материала прототипа указанных оксидов, как это следует из известных публикаций, должно привести к увеличению диэлектрических потерь материала (tg), а также способно сдвинуть фазовый состав материала с морфотропной фазовой границы с полной потерей полезных параметров.

Заявляемое изобретение позволяет получить благодаря новому качественно-количественному составу пьезокерамический материал, обладающий низким значением tg (0,23-0,48%), более высоким значением d31 ((145-190)(10-12 Кл/Н), высокой величиной T33/0 (1300-1950), повышенной добротностью Qм= (300-690) и высоким значением Кр=(0,59-0,63).

Указанный технический эффект достигается тем, что пьезокерамический материал, включающий РbО, ZrO2, TiO2, SrO, ZnO, MnO, Bi2O3, согласно изобретению дополнительно содержит оксиды лантана и ниобия при следующем соотношении компонентов (маc.%): РbО - 65,84-66,03 ZrO2 - 19,64-19,67 TiO2 - 11,43-11,51 SrO - 1,55-1,56 Nb2O5 - 0,29-0,58 ZnO - 0,20-0,36 MnO - 0,11-0,20 La2O3 - 0,26-0,46 Bi2О3 - 0,39-0,68
В табл. 2 приведены основные электрофизические характеристики предлагаемого материала в зависимости от состава. Материалы готовились химическим соосаждением из фторидно-нитратных растворов. Для формирования структуры перовскита полученные в виде гидроксидов химические композиции синтезировались при 1120-1170 К. Спекание образцов диаметром 10 мм и высотой 3 мм осуществляли в течение 7,2103 с при температуре 1450-1490 К в засыпке, обеспечивающей атмосферу паров РbО. На сошлифованные до 1 мм диски наносили серебряную пасту, которую вжигали при температуре 970 К. Образцы поляризовали в воздушной среде при охлаждении от 590 К в постоянном электрическом поле напряженностью 10 см2. Определение электрофизических характеристик проводилось в соответствии с ГОСТом 12370-72. Полученные экспериментальные данные свидетельствуют о том, что предлагаемый пьезокерамический материал обладает оптимальными с точки зрения решаемой технической задачи (получение материала средней сегнетожесткости) характеристиками в интервале величин компонентов, указанных в формуле изобретения (составы 5-8, табл. 2). В сравнении с материалом ЦТСтБС-2 полученный материал имеет более высокие значения Кр и меньшие диэлектрические потери. Сравнение параметров полученного нами материала с характеристиками широко используемого российского материала ЦТБС-3 свидетельствует о том, что по величине tg, Кр разработанный материал значительно превосходит ЦТБС-3. Остальные параметры ни в чем не уступают последнему. Температура Кюри предлагаемого материала составляет 528 5 К (для ЦТБС-3 Тк=453 К), что предполагает большую стабильность его параметров и расширение температурной области использования. Полученный материал имеет широкий диапазон спекания в сравнении с материалом ЦТБС-3 и создан на базе промышленно выпускаемого материала.

Источнини информации
1. Электронный каталог фирмы "Morgan Matroc", США: http: //www.morganmatroc-ecd.com/catalog/propert.htm
2. Sensor Technology Limited (BM Hi-tech Division). Piezoelectric ceramics. Product catalogue. Application notes. 1995.

3. Электронный каталог фирмы "АРС International Ltd.", США: http://www. thomasregiser.соm/olc/apc/apcpiez.htm
4. Климов В.В., Дидковская О.С., Приседcкий В.В. Изв. АН СССР. Неорганические материалы, 1982. Т. 18. С. 1650.

5. Отраслевой стандарт ОСТ 11 0444-87. Материалы пьезокерамические.

6. Электронный каталог "SPK Еlectronics Co. , Ltd.", Тайвань: http: //spkecl.com/chapte8b.htm
7. Патент RU 2002719 C1, C 04 B 35/00, опубл. 15.11.1993, 4 с.

8. Веневцев Ю. Н., Политова Е.Д., Иванов С.А. Сегнето- и антисегнетоэлектрики семейства титаната бария. - М.: Химия, 1985, 256 с.

9. Фесенко Е.Г., Данцигер А.Я., Разумовская О.Н. Новые пьезокерамические материалы. - Ростов-на-Дону: Изд-во Ростовского ун-та, 1983, 160 с.


Формула изобретения

Пьезокерамический материал, включающий оксиды свинца, циркония, титана, стронция, цинка, марганца, висмута, отличающийся тем, что он дополнительно содержит оксиды лантана и ниобия при следующем соотношении компонентов, мас. %:
PbO - 65,84 - 66,03
ZrO2 - 19,64 - 19,67
TiO2 - 11,43 - 11,51
SrO - 1,55 - 1,56
Nb2O5 - 0,29 - 0,58
ZnO - 0,20 - 0,36
MnO - 0,11 - 0,20
La2O3 - 0,26 - 0,46
Bi2O3 - 0,39 - 0,68х

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области пьезоэлектрических керамических материалов и может быть использовано для создания электромеханических преобразователей, работающих в широком диапазоне температур и давлений

Изобретение относится к области пьезоэлектрических керамических материалов, отличающихся повышенной чувствительностью к механическому напряжению

Изобретение относится к технологии производства материалов для радиоэлектронной промышленности, а более конкретно к производству пьезокерамических материалов (ПКМ) на основе цирконата-титаната свинца (ЦТС)

Изобретение относится к способам производства пьезокерамических порошкообразных материалов и может быть использовано при изготовлении электромеханических преобразователей и пьезотрансформаторов

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 способам получения пьезокерамических элементов из материалов, одним из компонентов которых является легко испаряющийся компонент, в частности РЬО

Изобретение относится к области сегнетожестких пьезокерамических материалов

Изобретение относится к области сегнетомягких пьезокерамических материалов, предназначенных для ультразвуковых устройств, работающих в режиме приема, различных пьезодатчиков, а также для устройств монолитного типа, таких как многослойные пьезоэлектрические актюаторы

Изобретение относится к области сегнетожестких пьезокерамических материалов, устойчивых к электрическим и механическим воздействиям, предназначенных для ультразвуковых устройств, в том числе многослойных и работающих при сильных электрических и механических воздействиях
Изобретение относится к химической технологии получения нанопорошков композиционных материалов на основе оксидов свинца, титана и циркония, используемых для получения керамики со специальными свойствами

Изобретение относится к области химического синтеза металлосодержащих растворов сложного состава, включающих как алкоксидные, так и карбоксилатные производные металлов, применяемых для получения оксидных твердых растворов с использованием золь-гель технологии, а именно к способам приготовления безводных пленкообразующих растворов для формирования сегнетоэлектрических пленок цирконата-титаната свинца, и может быть использовано в технологии микроэлектроники и, в частности, для производства энергонезависимых сегнетоэлектрических запоминающих устройств
Изобретение относится к керамическому материалу, содержащему цирконат-титанат свинца и дополнительно включающему Nd и Ni, и может быть использовано для изготовления пьезоэлектрических возбудителей

Изобретение относится к области химического синтеза металлосодержащих растворов сложного состава, включающих как алкоксидные, так и карбоксилатные производные металлов, применяемых для получения оксидных твердых растворов с использованием золь-гель технологии, а именно к способам приготовления безводных пленкообразующих растворов для формирования сегнетоэлектрических пленок цирконата-титаната свинца с низкой температурой кристаллизации и может быть использовано в технологии микроэлектроники и, в частности, для производства энергонезависимых радиационно-стойких сегнетоэлектрических запоминающих устройств

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.
Изобретение относится к области пьезокерамических материалов, предназначенных для изготовления многослойных ультразвуковых устройств в виде слоистых гетероструктур, являющихся основой различных пьезодатчиков (давления, медицинской диагностики, эмиссионного контроля гидроакустической аппаратуры и т.д.), работающих в режиме приема. Указанные материалы также могут быть использованы для изготовления многослойных пьезоэлектрических актюаторов, пьезоклапанов, низкочастотных пьезовибраторов и других типов пьезопреобразователей. Предлагаемый пьезокерамический материал по своему составу относится к твердым растворам системы PbTiO3-PbZrO3-PbNi1/3Nb2/3O3-PbZn1/3Nb2/3O3, содержащих в качестве легирующих добавок SrO, WO3, Bi2O3 и CdO, при следующем соотношении компонентов, мас.%: PbO 66,94-67,42, ZrO2 11,42-11,96, TiO2 9,02-9,43, SrO 0,35-0,40, WO3 0,16-0,27, Bi2O3 0,49-0,65, CdO 0,12-0,21, Nb2O5 8,18-8,39, ZnO 0,78-0,84, NiO 1,58-1,75. Технический результат изобретения заключается в создании пьезокерамического материала с более высокими значениями (по сравнению с прототипом) диэлектрических и пьезоэлектрических параметров при сохранении температуры его спекания на уровне 950°C. 3 табл.

Изобретение относится к области производства пьезокерамических материалов, предназначенных для изготовления излучателей и приемников ультразвука, электромеханических преобразователей. Технический результат изобретения заключается в повышении температурной стабильности пьезокерамики. Пьезокерамический материал содержит следующие компоненты, мас.%: PbO 56,649-60,431; SrO 0,332-2,375; Na2O 0,376-0,888; Bi2O3 3,557-8,401; ZrO2 21,313-22,150; TiO2 11,528-12,050. 4 табл.
Наверх