Пьезоэлектрический керамический материал

 

О П И С А- Н-И-Е

ИЗОБРЕТЕНИЯ ()791700

Союз Советски к

Соцмалистмческма

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6! ) Дополнительное к авт. свкд-ву (22) Заявлено 24. 10.78 (2! ) 2676781/29-33

3 (5! )М. Кл. с присоединением заявки Ме

Гееударстеенний квинтет

С 04 В 35/00 (23) Приоритет

Ао делам нзобретеннй

N отермтнй

Опубликовано 30. 12.80. Бюллетень .%48 (53) УДК666.655 (088.8) Дата опубликования описании 30.12.80

В. М. Ищук, Е. М. Морозов, П. М. Коваленко, B. В. Климов, Е. 3. Новицкий и Н. А. Спиридонов (72) Авторы изобретения (7l) Заявитель (54) ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ КЕРАМИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ

Изобретение относи гся к пьезотехнике и может быть использовано дпя изготовления устройств с бопьшим энерговыделением под воздействием механических ударных напряжений.

Дпя этих целей требуются сагнетоэпек5 трические материалы с сочетанием высоких значений остаточной поляризации Pr малых значений диэлектрической проницаемости Я /Яо и высоких значений электрической прочности Е„,.

Занесенная в материале при поляризации электрическая энергия имеет значеРг з ние Ю- — Р .

Однако под воздействием импульсной механической нагрузки выдепяется лишь часть ее, пропорциональная Епр, Поэто L му важной задачей при выборе материала для рабочего элемента является повышение электрической прочности.

Известны сегнетоэпектрические мате:риалы на основе цирконата-титаната свинца с соотношением 2т ITi = 96,5/3,5 с добавкой оксида ниобия ипи на основе цирконата-титаната свинца с добавкой оксида вольфрама и соотношением цирконий

2 /T = 95/5 (13.

Эти материалы, имеют довольно высокие значения остаточной поляризации и малое значение диэлектрической проницаемости. . Недостатком данных материалов является невысокая электрическая прочность.

Другим существенным недостатком материалов на основе цирконата-титаната свинца является высокая .летучесть оксида свинца, что при спекании керамических образцов при температурах выше 1100 С требует специальных технологических приемов.

Наиболее близким к изобретению техническим решением явпяется пьезоэлектрический материал на основе твердого раствора (Р в, С4 ) (Zr, Т ) 0 t2).

Материал спекают при относительно высоких температурах и к тому же он характеризуется недостаточными значениями электрической прочности.

3 7917

Цель изобретения — повышение температуры спекания, повышение электрической .прочности керамики в сочетании с высокими значениями остаточной поляризации и малыми значениями диэлектрической .Проницаемости.

Для достижения укаэанной цепи кера-мический материал на основе(Сс3,Р)р)(3ГД() дополнительно содержит Ge0@ и Щ) а его состав соответствует формуле - lo (,,-,а",, »,«,(",, .3 где Х = 0,02-0,04; Y= 0,06-0,08.

Пример 1. Берут сегнэтоэлектри. ческий материал состава 097Pb hOg Т1О 0 +}5

+О,ОЬС4 (68„/2Ф.,Д)03, готовят иэ смеси исходных веществ, взя- тых в следующем соотношении, г:

Pt)CO 67,5832

Zn0 = 28,9843

Т О = 1,4145

Сд О = 1,0044

СаО = о,4091

Ф/0 Ц 6044

После помола исходных веществ иэ по25 лученной шихты изготовляют брикеты. Брикеты подвергают обжигу при температурах

О

800-850 С в течение 2 ч. Затем брикеты тщательно раэмельчают в порошок с размером частиц (3-,5) 10 м. В порош-б 30 кообразный продукт добавляют в качестве связки водный раствор поливинилового спирта и прессуют иэделия заданной формы. Спрессованные иэделия обжигают при температуре 1040 20 С в течение 2 ч.

Скорость подьема температуры 200 С/ч.

После шлифовки на изделия наносится элек-, тродьг путем вжигания серебряной пасты при 650 С в течение 5 мин. Поляризация изделий осуществляется в полисилаксано- вой жидкости при 150 С в течение 1 ч в постоянном электрическом поле 4кВ/мм охлаждение образцов до комнатной температуры — в присутствии электрического поля.

Значении остаточной поляризации определились двумя методами: по выделившемуся в процессе располяриэации пироэаРяду; иэ петель диэлектрического гистерезиса, снятых на частоте 0,005. Гц. При измерениях максимальное электрическое . поле на образцах равняется утроенному коэрцит1.вному полю.

Значения остаточной поляризации, полученные обоими методами, практически совпадали.

Свойства полученного материала, из- . меренные на керамических образцах в ви00 4 де дисков диаметром 10 мм и толщиной

1 мм следуюшии:

Остаточная поляризация Рт мк Клlсм 30

Диэлектрическая проницаемость до поляризации Я/9О 295

Диэлектрическая проницаемость посТ ле поляризации 9., ВО 220

Тангенс диэлектрйческих потерь после поляризации (Ф гло ) % 2,40

Электрическая пРОчнОсть Епэ, кВ/мм 6,2

Коэффициент элек- 0 15: тромеханической связи Кл

Пьеэомодуль

dye, ед. СГСЕ 0,24 ° 10

Механическая добротность Q „345

Скорость звука

Vgg, км/с —, .4,05 с

Плотность г/см Р 7,84

Точка Кюри", Тс ОС 225

Пример . 2. Сегнетоэлектрический материал состава 0,97Щ1з Т1 0+

+ о,оозссй(С е„„м-цз)о

О,ж cL06 3 готовят из смеси исходных веществ, взятых в следующем соотношении, г:

РЬЯНО 67,5425 Ъ О = 29,2785

ТтО2 ° = 1,1616

С О = 1 0035

Ge0@ = 0,4083

%Py = 0,6040

Операции аналогичны описанным в примере 1. Свойства полученного материала следующие; Р ., мк Клlсм 28

6/ДО 290 ю у гзо

6 У, % 2,4

Рггр кВ/мм 6,1 Хг 0,14 бц, ед. СГСЕ 0,25 10

Я„„„ 340

Ч, км/с 4,00 г/см 7,85

Тс, . С 223

Пример 3. Сегнетоэлектрический материал состава 0,97РЫ2г Tj ) 0 +

+ 0,03Cd(G,Å-ä2Ù/ )Î

ОД йОВ Ь готовят из смеси исходных веществ, взятых в следующем соотношении, r:

)С З = 67 6573

2г 0 = 28,7041

791700

6,г/см4 7,65

С 225, кВ/мм 6,3 тс п

5

Т1 0 = 1 6185

Сф6 = 1,0055

С Е 0 = 0,4095

%03 0 6051

Операции изготовления аналогичны описанным в примере 1. Свойства полученного материала следующие:

Р мк Кл/см 30

9.

g /Е 230

tg f % 2,40, кВ/мм 6,2

cfog„> ea. СГСЕ 0,25 10

Ям 345 щ, км/с 4,1

Я, г/см 7,83

Тс э С 227

Р„, мк. Кл/см ЗЗ

% >l+ 250

%gal % 2,4

0,15

4qq,ед. СГСЕ 0,23 ° 10 (мех, км/с 4,0

Формула изобретения

Пьезоэлектрический керамический материал на основе (С4,РЬ ) (Zt;7 )0> о т л и ч а ю ш и и с я тем, что, с целью понижения температуры спекаиия,по-!

Ь вышения электрической прочности керамики в сочетании с высокими значениями остаточной поляризации и малыми значениями диэлектрической проницаемости, он до-. полнительно содержит Ge0< и Ф/О,а его

15 состав соответствует формуле 1-х х® "1-хт А-Х(р )к20, где Х" 0,02-0,04; У= 0,06-0,08.

Источники информац:и, принятые во внимание при экспертиз

1. Ре тоеРесЬ-1се, 10, 61, 1976, 2, Патент США 4 3194765, кп. 252-629, 1965.

Составитель Н, фельдман

Редактор М. Кузьмина Техред Т. Маточка Корректор М. Витула

Заказ 9379/21 Тираж 671 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-З5, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент,.г, Ужгород, уп. Проектная, 4