Способ изготовления свинецсодержащей сегнетоэлектрической керамики
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
Союз Советскик
Социалистических
Республик
Опубликовано 1506.82. Бюллетень ¹22 (И1М Кл з
С 04 В 35/00
С 04 В 35/46, Государственный комитет
СССР по делам изобретений и открытий (53) УДК 666.655 (088. 8),, Дата опубликования описания 15.06, 82
Т.И.Бакунова, В.В.Белов, Е.Г.Мухина и A.Ã.СЕ (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛеНИя СвинеЦСОДЕРЖАЩей
СЕГН ЕТОЭЛЕКТРИ ЧЕСКОИ КЕРАМИ КИ
Изобретение относится к получению свинецсодержащей сегнетоэлектрической, в том числе пьезоэлектрической и электрооптической керамики, например, на основе цирконата титаната свинца (ЦТС) .
Известен способ изготовления крупногабаритных образцов из керамики
ЦТС с добавкой лантана (ЦТСЛ), в котором после операции синтеза и брикетирования проводят горячее прессование в вакууме 10 " Торр при 800 С псд давлением 200 кг/см 2. ч, затем производят нагрев и горячее прессование в атмосфере кислорода. 600 Торр при 1250 С под давлением 400 кг/см
18 ч, после чего образец медленно охлаждают в течение 70 ч (13.
В процессе спекания при высоких температурах из свинецсодержащих материалов испаряется оксид свинца, причем интенсивность испарения особенно велика при наличии в синтезированном материале сверхстехиометричного свободного оксида свинца. Пары оксида свинца в окислительнсй .атмосфере взаимодействуют с засыпкой из оксида алюминия и образуют соединение алюминат свинца в виде корки на поверхности спекаемого образца. Толщина и прочность корки увеличиваются с ростом температуры и времени спекания. При охлаждении иэ-за различия коэффициентов термического расзаирения алюмината свинца и керамики в последней возникают механические напряжения, которые при обычно применяемых скоростях охлаждения 100250 С/ч приводят к появлению трещин на поверхности образца. Напряжения возрастают с увеличением габаритов образцов, поэтому при горячем прессовании крупногабаритных образцов (дисков диаметром 130 мм) с целью уменьшения напряжений производят охлаждение с весьма малой скоростью, порядка 20оС/ч, что резко снижает прсизводительность всего процесса.
Наиболее близким к предлагаеьюж . является способ изготовления сегнетоэлектрической керамики, включающий предварительный синтез шихты, содержащей 1-10 мас.Ъ избытка PbO, брикетирование и горячее прессование заготовки в вакууме 10-"- 10 4 Торр при 850-950ос под давлением 2001000 кг/см1- в течение 0,2-0,4 ч с . последующей плоской шлифовкой и горячее прессование в окислительной атмосфере при 1100-1300оC под давлеяи935496 ем 140-/00 кг/cM 1 в засыпке оксида алюминия в течение 1-60 ч 2).
Хотя разделение операции горячего прессования в вакууме и в окислительной атмосфере в этом способе несколь ко снижает интенсивность образования
:алюмината свинца, тем не менее при длительном горячем прессовании крупногабаритных образцов в окислительной атмосфере образование алюмината свинца приводит к описанным отрица- 1Î тельным последствиям.
Цель>о изобретения является получение крупногабаритных керамических образцов при сохранении их качества и повышение производительности 15 процесса.
Укаэанная цель достигается за счет того„ что в способе изготовле-.ия свинецсодер>кащей сегнетозлектричес.кой керамики, вкл>очающем предварительный синтез ши»хты, содержащей 1-10 мас.Ъ избытка PbO, брикетирование и горячее прессование заго>oaкн в вакууме пр>1 940-950 С, давлео
;-;ни 100-1000 кг/см с последующей плоской шлифовкой и .горячим прессо—.анием в окислительной атмосфере с выдержкой при 1100-1250 С в засыпке оксида алюминия, после выдержки в
rеченне 0,5-6:» проводят промежуточ..ое охлаждение и смену засыпки оксида алюминия, после чего образцы вновь подвергают горячЕму прессованию с выдержкой при максимальной температур» ",--б О ч .
L этом случае удаляется наиболее 3". обогащенный оксидом св> нца слой засыпки оксида алюминия до образования плотной корки алнмината свинца. При орячем прессовании на второй стадии обр;-.зование алюмината свинца эамед- 40 . евно, так как интенсивность испаре>ия избыточного оксида свинца иэ образца максимальна лишь на первой стадии
Пример 1. Ьрикеты диаметром б-> и высотой 30 мм из электрооптического сегнетоэлектрического материала ЦТСА-9/65/35, содержащего
3 вес.Ъ избытка оксида свинца, подвергают вначале горячему прес.сованию в вакууме 10- Торр при
940-950оС под давлением 200 кг/см в течение 3 ч, затем брикеты охлаждают, производят плоскую шлифовку как чисто и подвергают горячему прессованию на воздухе в засыпке оксида алюминия. Вначале — при 1250 С, давлении 300 кг/см 1, выдержке 0,5 ч.
После первой стадии образцы охлаждаются со скоростью 100-250оС/ч, производят смену засыпки, нагревают вновь и выдерживают 10 ч при 1250 С. Охлаждение после второй стадии проводят также со скоростью 100-2500C/÷.
Все образцы после спекания не имеют трещин. Горячее прессование в окис- 6., 1 лительной атмосфере контрольных образцов проводят одностадийно при
1250 С под давлением 300 кг/см в течение 20 ч, скорость охлаждения
100-2500C/÷. Все контрольные образцы имеют многочисленные трещины.
Пример 2. Предварительные стадии процесса аналогичны описанным в примере 1. Горячее прессование в окислительной атмосфере на воздухе проводят следующим образом. Вначале - при .1120оС, давлении 300 кг/см с выдержкой 6 ч, затем, после охлаждения) соответственно при 1250 С, 300 кг/см в течение 4 ч. Охлаждение после первой и второй выдержек проводят со скоростью 100-250 С/ч.
Образцы не имеют трещин.
Контрольные образцы подвергают одностадийному горячему прессованию на воздухе по режиму: температура
1259 С, давление 300 кг/см, выдержка 4 ч, охлаждение со скоростью
100-250 С/ч. Три из четырех образцов имеют многочисленные трещины, на одном образце одна сквозная трещина, проходящая чсрез центр диска.
Пример 3. Предварительные стадии процесса аналогичны описанным в примере 1. Горячее прессование на воздухе проводят следующим образом.
Вначале при 1200 С, давлении
100 кг/см с выдержкой 4 ч, затем— соответственно при 1200 С, 100 кг/см, 40 ч. Охлаждение после первой и второй стадии со скоростью 100-250 С/ч.
Бс:е образцы не имеют трещин. Режим горячего прессования на воздухе контрольных образцов 1200>С, 100 кг/см, 40 ч, охлаждение со скоростью 100150 С/ч. Все контрольные образцы о имеют многочисЛавные трещины.:
Пример 4. Предварительные стадии процесса аналогичны описанным в примере 1. Первая ста1 ия температура 1100. С, давление
500 кг/см, выдержка 6 ч, вторая стадия — соответственно 1300 С, 500 кг/см и 4 ч. Охлаждение после первой и второй стадий со скоростью
100-250 С/ч..Все образцы не имеют трещин. Режим"одностадийного горячего прессования на воздухе контрольных образцов: 1300 С, 500 кг/см, 4 ч, охлаждение после первой и второй стадий со скоростью 100-250 C/÷. Контрольные образцы имеют многочисленные трещины по всему объему.
Пример 5. Горячее прессование проводят путем обжига под давлением только в окислительной атмосфере без предварительного вакуумного горячего прессования. Первая стадия по режиму примера 3, вторая стадия по режиму: 1200оС, 100 кг/см с, 60 ч.
Охлаждение после перВой и второй стадий со скоростью 100-250оС/ч.
Все образцы не имеют трещин. Режим
935496
Формула изобретения
Составитель Н. Фельдман
Техред С. Мигунова Корректор В.Бутяга
Редактор А. Гулько
Заказ 4150/29 Тираж 641 Подпи сн ое
ВНИИПИ 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 одностадийного горя его прессования( на воздухе контрольных образцов:
1200ОС, 100 кг/см, 60 ч. Контрольные образцы имеют многочисленные трещины по всему объему диска.
Эффективность предлагаемого способа заключается в том, что он исключает механическое разрушение при горячем прессовании в окислительной атмосфере крупногабаритных образцов и тем самым позволяет увеличить ra- 0 бариты Изготовляемых образцов. Кроме того, способ обеспечивает возможность получения крупногабаритных образцов беэ применения на стадии горячего прессования в окислительной ат- 15 мосфере низких скоростей охлаждения порядка 20-50 С/ч, что повышает производительность процесса и упрощает его проведение, так как в этом случае не требуется точного под-Zp держания низкой скорости охлаждения.
Последнее особенно важно при необходимости получения мелкозернистой керамики, отличающийся от крупнозернистой высокой прочностью и температур- 25 ной стабильностью основных параметров материалов системы ЦТС (ЦТС-23, ЦТС-22, ЦТС-33), а также малое рассеяние и деполяризация света в электрической керамике ЦТСЛ (составы ЦТСЛ-7+ 3р
+10/65/35).
Способ изготовления свинецсодержащей сегнетоэлектрической керамики, включающий предварительный синтез шихты, содержащей 1-10 мас.% избытка РЪО; брикетирование и горячее прессование заготовки в вакууме при температуре 940-950"С, при давлении
100-1000 кг/см с последующей плоской шлифовкой и горячим прессованием в окислительной атмосфере с выдержкой при 1100-1250 С в засыпке оксида алюминия, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью получения крупногабаритных керамиечских образцов при сохранении их качества и повышения производительности процесса, после выдержки в течение 0,5-6 ч проводят промежуточное охлаждение и смену засыпки оксида алюминия, после чего образцы вновь подвергают горячему прессованию с выдержкой при максимальной температуре 4-60 ч.
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе
1. Dungan R.Н., Snow g...S "Amer.
Ceram. Soc.BuH, 1977,0- 56, Р 9, р. 782-783.
2. Авторское свидетельство СССР по заявке Р 2738131/29-33, кл. С 04 В 35/00, 1979.
