Пьезоэлектрический керамический материал

 

1п1 608789

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Соцналистйческих

Республик

1 .

1 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 14.12.76 (21) 2429088/29-33 с присоединением заявки № (23) Приоритет (43) Опубликовано 30.05.78. Бюллетень № 20 (45) Дата опубликования описания 05,05.78 (51) М. Кл.а С 04В 35/00

Государственный комитет

Совета Министров СССР

А0 делам изобретений н открытий (53) УДК 666.655(088.8) (72) Авторы изобретения

Ю. И. Гольцов, Л. А. Белова, И, А. Бугаян, О. И. Прокопало, В. П. Черпилло и В. T. Мальцев

Ростовский ордена Трудового Красного Знамени государственный университет и Ростовский инженерно-строительный институт (71) Заявители (54) ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ КЕРАМИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ

Изобретение относится к пьезоэлектрическим керамическим материалам, применяющимся в гидроакустике и ультразвуковой технике, и может быть использовано в частности для изготовления высокочувствительных электроакустических преобразователей, работающих в режиме приема.

Одними из наиболее распространенных являются пьезокерамические материалы на основе твердых растворов цирконата и титаната свинца РЬ(Ег Т14- ) Оз состава, соответствующего границе морфотропного превращения из тетрагональной в ромбоэдрическую модификацию (1).

Однако для получения плотной керамики температура обжига должна лежать в пределах 1250 — 1280 С. При этой температуре имеет место термическая диссоциация цирконата-титаната свинца, и поэтому необходимо проводить обжиг в атмосфере паров окиси свинца.

Известен также наиболее близкий к изобретению материал на основе твердого раствора цирконата-титаната свинца-стронция с добавкой ниобия состава ((РЬ0,95Ы,оз) (го,ззТiо,4т) Оз)о,оо(i 1ЬзОо) о,о4 (2) 3).

В этом случае удается снизить температуру обжига до 1220 — 1240 С и повысить коэффициент электромеханической связи.

Недостаток такого материала состоит в снижении величины его механической добротности до 70 при достаточно высокой температуре обжига, что требует применения специ5 альных атмосферообразователей и герметичных контейнеров, предотвращающих улстучпвание PbO из изделий при обжиге.

Цель изобретения — снижение температуры спекапия и повышение механической доброт10 ности материала.

Это достигается тем, что материал на основе цирконата-титаната свинца-стронция ((Pbp,95 го.оз) (го,ззТто,4-) Оз) о,оо (N bgOp) p,о4 дополнительно содержит добавку стекла следующего состава, вес. о/о:

РЬО 58,0 — 61,5

GeOз 25,5 — 27,5

20 $102 7,5 — 9,5

ЧзОо 2,0 — 2,5

ZrO2 0,9 — 2,2

TiO 0,5 — 1,3

SrO 0,1 — 0,3 при следующем соотношении компонентов в материале, вес. о/о: ((Pbo,spS ro,op) (ZI о,ззТ о,4т) Оз) о,оо (1 1ЬзОз) о,о4 97,5 — 98,0

30 Стекло 2,0 — 2,5

608789

1 В о

О 1 1 г в. 4- а О

Х 4- 2

+Ct4<В V>

tG Ct4 g 4> CG

OQ c4CG е

ВВВ,44

СО CO 14В С 4 t cD ОО 4 с4 4 с4 CO В 4 CO о о о о о о о о

- х

ВВВОД и

ВОСО

В 1

ЖВЯ»

Оапек

В»», Xv

О СВ СВ О

ВО Ф Go с41 О со

ОВ W СО ОВ ОО О ОВ GO

cQ о

СЧ ОВ

4 4 CQ С 4 ОЪ

О В-В ОВ С4

m о ВВ

СВ ВВ

О

O М с

1 к

О

114

Х О а v

co o

Й х

О ха

О <р

В44 О о о а

1 о

ВВ

44 Э

В» В х ., ВВВ

cG

В

LQ»4

С 4 С 4 сО

Л О CQ ССЧ С 4 СЧ С 4 С 4

В эк

С В о 4

ВВВ Х

g аv

4- 4»

В 4О

1 V ВО

ОО в а » о

G4

С4

О О О О О О О О

< .ВВ cQ CO CD ОВ В- co

СО СО CO СЧ В СЧ

Я ВО СЧ ВО СЧ

4- t» Фо сч

СО В-В с с t

1 д

o и

В» О v

С 4 СЧ» (С 4 СЧ СЧ

О о со о О о сО сО сО

В-1 СЧ ВО о о (»

О сч сt 40

СЧ О СЧ СЧ СЧ о

ccrc

М

ctc

Е» о

О сО Во

СЧ СЧ С4 СЧ С 4 С 4 С 4

tG

О и

О СО СО СЧ СО О О> ! t t t GO M ОЪ t

cD

СЧ ВВ С 4 ВО б сО СЧ

СЧ co t GO 14 СЧ

СЧ С 4 С 4 CO

СО ВО ° ОО t СО Ю

О О tС- ВО co cD co ВО О

ВО

СЧ СЧ" СЧ СЧ СЧ СЧ СЧ (» о

44

414

4О

cG ОВ

4»

V cG

О

Оа о

ВВВ 44 д с6

Е:

ВО

О CO t СО GO СО СО СО

О OCC Otc ОВ O4 Oc Oc ОВ

4

Пьезокерамический материал получают смешиванием исходного твердого раствора цирконата-титаната (ЦТС-19) и оксидного стекла, предварительно измельченных до прохождения через сито 10000 отв./см, или операции измельчения и смешивания проводят совместно.

Исходный материал ЦТС-19 получают по обычной керамической технологии обжигом смеси окислов PbO, ZrOq, TIO>, Nb>Oq и

$гСОз, взятых, например, в следующем соотношении, вес. %: PbO 65,15; ZrO 20,06; Т1О2

11,54; SrCOg 2,27; NbgOg 0,98. Температура обжига 850 С, время выдержки при этой температуре — 5 ч.

Стекла получают оплавлением окислов

РЬО, бе02, Ы02, TiOq, VqOq u SrO в платиновом тигле при 1000 — 1050"С в течение 0,5—

1 ч с последующей закалкой на воздухе.

Для исследования свойств пьезокерамики из смесей пьезокерамического материала

LITC-19 со стеклами прессуют образцы, например, в виде дисков диаметром 15 мм и толщиной 2 — 3 мм. Обжигают образцы в камерной электрической печи при 1140 С в воздушной атмосфере. Подъем температуры в печи осуществляют со скоростью 200—

250 град./ч, охлаждение — со скоростью 80—

120 град./ч (потери в весе образцов не превышают 0,5%).

Полученные диски шлифуют до толщины

0,9 мм. Для проведения электрических измерений наносят платиновые электроды методом катодного напыления в вакууме. Поляризацию пьезоэлементов проводят при 160 С в поле 35 кВ/см в течение 1 ч.

Состав стекол, использованных в опытах, и свойства пьезоматериала ЦТС-19 с добавками стекол приведены в таблице.

Как видно из таблицы, введение в состав материала ЦТС-19 стекла в количестве 2—

2,5%, состав которого лежит в пределах, вес. %; PbO 58,0 — 61,5; GeO> 25,5 — 27,5; Si02

75 — 95; V 05 20 — 25; ZrO 09 — 22; Ti02

0,5 — 1 3 и SrO 0,1 — 0,3,— приводит к повышению его механической добротности при сохранении остальных пьезоэлектрических характеристик. При других соотношениях компонентов такого возрастания добротности не наблюдается.

Положительным эффектом при введении стекла является также повышение плотности (уменьшение пористости) материала путем улучшения его спекаемости. Пьезокерамические элементы получены обжигом при пониженной температуре в 1140 С, в отличие от материала ЦТС-19, температура обжига которого 1220 — 1240 С, когда испарения PbO из состава материала в присутствии добавки стекла практически не происходит. Это позволяет отказаться от применения защитных сред и герметичных никелевых или высокоглиноземистых огнеупорных пакетов, предотвращающих термическую диссоциацию пьезо608789

Формула изобретения

Составитель Н. Фельдман

Текред А. Камышникова Корректор Е. Мохова

Редактор Т. Кузьмина

Подписное

Заказ 677/15 Изд. Ng 422 Тираж 763

НПО Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Типография, пр. Сапунова, 2 материала при повышенных температурах, и упростить технологический процесс.

Пьезоэлектрический керамический материал на основе цирконата-титаната свинцастронция состава ((РЬ,,g5Srp,p5) (Zl p,g Tip,

PbO 58,0 — 61,5

GeO2 25,5 — 27,5

SiO2 7,5 — 9,5 72 0 5 2,0 — 2,5

ZrO2 0,9 — 2,2

Т102 0,5 — 1,3

Sr0 0,1 — 0,3

5 при следующем соотношении компенентов в материале, вес. : ((Pbp g5S1 p,о5) (Z1о,5зТ1о,и) Оз) о,gg (Nb2O5) р,р 97,5 — 98,0

Стекло 2,0 — 2,5

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент США № 2906710, кл. 252-62.9, опублик. 1959.

2. Патент США № 2911370, кл. 252-62.9, 15 опублик. 1959.

3. Глозман И. А. Пьезокерамические материалы в электронной технике. M., «Энергия», 1965.