Пьезоэлектрический керамический материал
Союз Советскин Социал истмческин Республик ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН ИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт.свнд-ву (22) Заявлено 21.11,77 (21) 2546106/29-33 с присоединением заявки М— (23) Приоритет Опубликовано 15.05,80. Бюллетень Ле 18 (51) М. Кд. С 04 В 35/00 Государственный комитет но мелам нзооретеккй н открытнй (53) УДК 666.655 (088.8) Дата опубликования описания 19.05.80 (72) Авторы изобретения Ю. А. Вусевкер, В. И. Ривкин, О. П. Крамаров и Д. Э. Файнридер (7l) Заявитель Ростовский ордена Трудового Красного Знамени государственный университет (54) ПЪЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ КЕРАМИЧЕСКИЙ МАТЕРИА Л Изобретение относится к области пьезотехники и может быть использовано дпя создания эпектромеханических преобразователей, работающих в широком диапазоне температур, одноосных сжимающих механических нагрузок и одновременно воздействующих температур и механических напряжений; .Известен сег 1етоэпектрик со слоистой перовскитоподобной структурой — o èòàíàò висмута В14Т1, О (1), который содер10 жит окислы в спедующих количествах (вес,%): В12 05 79,54 Т1 02 20,46 ° Однако вепичины диэлектрической проницаемости (с.. (f =130) и пьезомоТ дуля Й, измеренного в квазистатическом ре киме (Д = 7-8х10 К/Н) ти12 таната висмута невысоки. Кроме того, вследствие высокой проводимости рабочая температура не прею вышает 100 С. При более высокой температуре наступает резкое ухудшение 2 пьезоэлектрических характеристик. Обратимые и необратимые изменения пьезочувствительности при воздействии одноосного механического сжатия, приложенного вдоль оси поляризации, возрастают и материал, полностью теряет. пьезоактивность. Наиболее близким техническим решением к данному является керамический материал на основе титаната висмута (В14 Т1 О+2); содержащий в качестве добавки оксиды ниобия (ЯЬ2 0 ) и неодима (К Ь20Э) (2J в спедующем соотношении: 77,98 — 78,75 Т 0 20,06 — 20,26 %20 0,49 — 0,98 2 3 0,49 — 0,98. Этот материал имеет бопее высокие по сравнению с В14 Т1 012 диэпектрические и пьезоэлектрические характерис ки(Е =170,д «о 23 10 К/Н) бпадает высокой стабильностью пьезоэлектрической чувствитепьности в интервале температур 20-400 С, тем самым 1 а бл ица 1 Состав, вес.% Компоненты 4 5 1 2 3 77,94 79 54 77 98 78 75 77 06 76 1 В1 0 то ЙЪО 2 Э 2046 20,06 20,26 19,82 19,57 20,05 0,99 0,99 0,99 0,98 0,98 0,99 si o яа, . 1,02 2,13 3,34 3 734 .обеспечивая надежную работу пьезоэпе« ментов, используемых для создания электромеханических преобразователей в указанном диапазоне температур. Однако дпя ряда практических устройств этот диапазон температур недостаточно широк и, кроме того, этот материал имеетрзкий интервал спекания (1170-1180 С). Цепью изобретения является расширение интервала температур спекаш я и ди ° апазона рабочих температур. Согласно изобретению, эта цель дости.гается тем, что пьезоэлектрический мате риал на основе титаната висмута, содержащий Bi 0, Т1 О и добавку; содержит в качестве добавки Ф/О и HQO при следующем соотношении компонентов, вес.%; Bj< О> 75,04 — 79,22 Т1 0 19,3, ° - 20,38 Фо 1,02 — 4,7 йЪ 04 — 099 Образцы из предлагаемого пьезокерамического материала готовят по обычной керамической технологии методом двукратного обжига. Исходные вещества (оксиды) смешивают в мокром виде и из полученной шихты прессуют брикеты. Брикеты подвергают предварительному обжигу при 850 С в течение 2 ч затем тщательно измельчают в порошок, после чего в качестве связки добавляют небольшое количество попивинипового спирта и прессуют заготовки заданной формы. Спрессованные издепия помещают в печь и спекают при 10701180 С в течение 1 ч. Скорость подъема 0 температуры 200-300 /час. Злектроды наносят методом вжигания серебряной пасты при 800 С в течение 10-15 мин. Поляризацию осуществляют в пописилоксановой жидкости при 200 С в течение 1 ч в постоянном электрическом попе, напряженностью 30 кв/см. Дополнительно 166 4 к обычной технологии поляризованные образцы нагревают до 500 С и прикладыо вают однослойное механическое сжатие до 3000 кгс/см вдоль оси поляризации. Конкретные составы представлены в табл. 1, Данные с пъезоэпектрических и диэлектрических свойствах, а также о стабильности предлагаемого материала npuip ведены в табл. 2. Пъезокерамический материал предлагаемого состава имеет повышенное значение диэлектрической проницаемости и сохраняет прежнее значение пъезоэлектрического модуля ду, а также его стабильность в,диапазоне давлений 203000 кгс/см . Материал сохраняет ста2. бипьность пъезоэпектрического модуля д в более широком диапазоне темпео 20 ратур (до 640 С). Необратимые изменения пъезомодуля, измеренного в квазистатическом режиме в диапазоне температур от -200 — 640 С отсутствуют, а обратимые не превышают 10%. Кроме того, материал сохраняет стабипьность пьезоэлектрического модуля c3gq при одновременном воздействии температуры до 640 С и давления до о 3000 кгс/см . Необратимые изменения и 30 при этом практически отсутствуют, а обратимые не превышают 12-15%. Таким образом, данный материал обеспечивает надежную работу пъезоэлементов, используемых для создания преобразователей в диапазоне температур от о -200 до +640 С и цри комплексном воз действии температуры до 640 С и давления до 3000 кгс/см . Пъезокерамический материал предлагаемого состава имеет расширенный интервал температур спекания (1070-1 180 С), что в значительной степени повышает технологичность материала. 734166 аблица 2 130 0,029 8 675 -200-+100 100 11201130 170 О 02 23 643 от 200до400 12 8 11701180 170 0,02 20 660 от-200до550 15 10 11201130 185 0,01 20 652 от-200до640 13 10 10701180 175 0,01 20 650 от-200до640 14 10 1180 180 0,01 20 655 от-200до640 . 10 75,04 — 79,22 19,3 - 20,38 102 - 47 0,4 - 0,99 В12 Оз Т1 О " Оэ КЪ2 05 Составитель Н. Фельдман Редактор 3. Шибаева ТехредН. Ковадева Корректор Н. Стец Заказ 1997/31 Тираж 671 П одпис ное ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб.,:.д. 4/5 Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 Формула изобретения Пъезоэлектрический керамический материал на основе титаната висмута, содержаший В. О, Т 0 и добавку, о т - з5 ли чаюшийс я тем, что,c целью рсширения интервала температур спекания и диапазона рабочих температур, в качестве добавки он содержит фО и Nt)g) при следуюшем соотношении компонентов, вес о Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.E.Ñ Subha ao,РМВ Res V 22, ¹ 3, 1961, р. 804-807. 2. Авторское свидетельство СССР № 497267, С 04 В 35!00з 1975.
