Пьезоэлектрический керамическийматериал

 

Сеюз Советских

Социалистических

Республик

0ННСАННЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОИ:КОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 28.12.78 (21) 2709206/29-33 ФМ с присоединением заявки М

С 04 В 35/00

Государственный комитет

СССР но делам изобретений н открмтнй (23) Приоритет

Опубликовано 2303,81. Бюллетемь N9 11

Дата опубликования описания 2 3. О 3. 81 (53) УДК 666.655 (088.8) (72) Автор изобретения

М.A. угрюмова (71) заявитель (54) ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ КЕРАМИЧЕСКИЙ

МАТЕРИАЛ

Изобретение относится к области получения пьезоэлектрических материалов и может быть использовано для изготовления пьезоэлементов для электромеханических преобразователей различного назначения, работающих как в воздушной, так и в водной средах.

Известны пьезоэлектрические кера.мические материалы на основе твердых

30 растворов РЬ(Тi, Zr) 03 (1g.

Однако эти материалы не обладают достаточно высоким пьезоэлектрическим эффектом.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является пьезоэлектрический керамический материал системы Pb(Ti,Zr)(Zn,NÜ)(М!,Nb) f23 .

Недостатком известного материала, имеющего сравнительно высокую температуру Кюри (240-260 С) является возрастание электропроводности нри высоких температурах, что ограничива- 25 ет температуру поляризации и соответ,ственно величину достигаемого пьезоэлектрического эффекта.

Цель изобретения — повышение пьезоэлектрического эффекта. указанная цель достигается тем, что известный пьеэоэлектронный керамический материал Pb(Ti g,y6 Его

2" 0,05 М i о,оВ3 МЬ îаот ) О дополнительно содержит 6еО при следующем соотношении компонентов, вес.Ъ:

РЬ(Т! >>6 2г, Zn

N i о,ты Nb,„) ОВ 98-99

GeO> 1-2

На чертеже представлен график зависимости электропроводности от температуры.

Пример. В состав исходного твердого раствора, содержащего, мол.Ъг РЬО 100; TiO> 29; угов 19, ZnO 5; МЬ О 10; Ni 0 6,6; МЬ О б 13,2 вводят 1 вес.В Ge+.

Для изготовления предлагаемого материала смешивают компоненты шихты в требуемом соотношении, например, берут, г: РЬО 69,6; TiQ 8,7;

2гО 9,1; ZnO 1,2; Nb 0> 10,7;

Ni О 185, Ge02 1 °

После смешивания, прессуют брикеты и синтезируют при 900 С. Синтезированные брикеты измельчают, прессуют заготовки и обжигают при

1220 С в течение 1 ч.

Диэлектрические и пьезоэлектрические характеристики предлагаемо814970 го материала определяются на образцах изделий диаметром 12 мм, толщиной 2 мм. Испытания показывают, что введение двуокиси германия Gep заметно понижает электропроводность исходного пьезоматериала.

На зависимости Р9 о = f(1/Т) наблюдается скачкообразное изменение электропроводности при температуре, соответствующей температуре фазового перехода. Кроме того, обнаруживается излом Х при более низкой темпе-. ратуре (Т = 403-413 К), чем температура фазового перехода (Тк = 503513оK). Электропроводность по мере приближения к точке X увеличивается с ростом температуры, а затем наблю- 15 дается более быстрое увеличение элек. тпопооводности

С введением добавки ОеО (кривая 1) электропроводность несколько понижается. Например, при Т„ = 393 К 20

0,25 ° 10 Ом см в то время, как известный материал (кривая 2) при укаэанной температуре имеет значение 6 = 0,66.10 Ом см, низкотемпературный излом смещается (на

303-313 K) в область более высоких температур.

Свойства предлагаемого материала приведены в таблице.

Возможность смещения температуры, начиная с которой наблюдается сильный З0

Состав м

+ 2% ОеО

+ 15 Ъ GeO

250

+14 Gep

3050 0,007

285 2,0 250

98-99

1-2

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент CILIA Р 2849404, кл. 252-62.9, 1958.

2. Патент Японии 44-10236, @ кл. 62 с 23, 1969.

Формула изобретения

Пьезоэлектрический керамический материал на основе P Ь (Т i< Z r 0 z

ЕпО,Оу Ni pgg3 МЬ ьт ) Og о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения пьезоэлектрического эффекта, он дополнительно содержит

GeO@ при следующем соотношении компонентов, вес.%: рост электропроводности в область более выоских температур, и понижение электропроводности приводит к повышению верхнего предела рабочего диапазона температур пьезокерамики и к возможности поляризации его при более высоких температурах.

Введение добавки Gep дает возможность (особенно для элементов крупногабаритных, например сферических, диаметром 50 мм, толщиной 6 мм) не меняя общее напряжение (2,5 кВ/мм) проводить поляризацию при температуре на 30-40 С выше, чем у известного о материала (т.е. не при 130 С, а при

160-170 С) что улучшает условия поУ ляризации, пьезоактивность повышается приблизительно на 10-15%, уменьшается старение на 15-20%.

Кроме того, при модификации добавками ОеОо уменьшается электропроводность предлагаемого материала в два раза по сравнению с известным и, следовательно. повышается тангенс угла диэлектрических потерь, что весьма полезно, как в приемных, так и ь излучающих устройствах. Например, в низкочастотных излучателях уменьшение значения тангенса угла диэлектрических потерь снижает разогрев керамики, повышает КПД и предельную излучающую мощность излучателя.

3000 0,007 280 2,0 248

3100 0,007 285 2,0

P Ь (Т i о, ь Z г е, д д. Z и o, oos

Ni О,ОВ ИЬ >+7 ) О

6еОт

814970

13 10 72 2Ф И 28 ЯО ЗУ 34 Ю т

Тираж 660 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 952/38 филиал ПНП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,4

Составитель. Н. Фельдман

Редактор И. Николайчук Техред М. Рейвес Корректор С. Шекмар