Пьезоэлектрический керамический материал

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советския

Сециалистическии

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) 3аявлено 14. 01. 81 (21) 3274436/29-33

1И1М Кл з с присоединением заявки №вЂ”

С 04 Б 35/49

ГосударственныЯ комитет .

СССР ио делам изобретениЯ. и открытиЯ (23) Приоритет—

Опубликовано 1 1282 ° Бюллетень ¹ 46 (53) УДК 666.655 (088.81

Дата опубликования описания 15 ° 12 ° 82

Е. а. Бувнова, в. A. ноупов н Н. A. fepodkECQI9///g// (3

f C и /1 ф о /а ва

TE X /P " < У . "

ЬКВ и,/тр,,"4 (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) ПЬЕЭОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ КЕРАИИЧЕСКИИ МАТЕРИАЛ

Изобретение относится к пьезо.электрическим керамическим материалам и может быть использовано в электроакустике и сейсмографии.

Известны пьезоэлектрические керамические материалы, содержащие

PbTiO> и F/bZr O>f1 ).

Однако эти материалы не обладают необходимым сочетанием высокого пьезоэффекта, малых диэлектрических потерь и скорости звука.

Наиболее близок к изобретению пьезоэлектрический керамический материал 12), содержащий PbTi+, PbZrO> и аТ10, состав которого соответствует формуле

Р х Zr< „) Ъ где Х = 0,15-0,30, у = 0,35-0,53, Z = 0,01-0,10. . Этот материал имеет большую механическую прочность, и его используют для приемников, предназначенных для работы на больших глубинах. Благодаря малой величине диэлектрических потерь этот материал находит применение, кроме режима приема, также и в излучателях большой мощности, дающих возможность обнаружения косяков рыбы на дальних расстояниях.

Недостатком материала является малая величина пьезомодуля и большая скорость звука (3490 м/с). Большая скорость звука привод от к нежелательному увеличению волнового размера преобразователя.

Цель изобретения — повышение пьезоэффекта и уменьшение скорости звука.

Поставленная цель достигается тем, что,пьезоэлектрический керамический материал, включающий PbRi03 BaTiO, PbZrO>, дополнительно содержит LaFeg. нри следующем соотношении компонен15 тов мол и:

PbTi0g 24,05-44,41

В,aTiO 4,81-14,81

Pb ZrO> 48,09-59,22

LaFeO3 . 1,31-3,84

Изготовление улучшенных в .соответствии с предложением пьезоэлементов .включает в себя следующие операции:

25 приготовление из исходных материалов основы состава; приготовление добав ки LaFeO, изготовление предлагаемого материала.

Приготовление основы состава производится по обычной керамической тех981295 иэлектри- Пьеэоеская про модуль ницаемость (d „"10 )

Ет /К "/Н

33

Скорость звука (Ч ) м/с

Тангенс угла диэлектрических потерь (Ig д ), Сост ав, мол . %

1.aFeO

PbTiO

1,31 0,55

1120 91

1350 110

3490

44,41 4,93

43,86 4,87

49,35

48,7

48„09

3400

2,55 0,40

3400

3,82 0,40

1 31 0,60

2,59 0,40

1400

105

4",81

43,28

115

3100

1200

1400

135

3080 1,63

50,97

59,21

40,91 4,87

130

1580

3100

3,84 0,40

40,38 4,81

34,54 4,93

700

1,32 0,70

2,61 0,60

3300

880

3270

58,43

34,09 4,87 нологии. Взвешенные в нужных весовых соотношениях исходные компоненты в виде оксидов металлов (PbO Tip, Ег0 ) или их солей (ВаСО ) перемешиваются любым применяемым в керамической технологии способом. Синтез осно- 5 вы материала осуществляется при t

900 С и продолжительности 2 ч в атмосфере печи, скорость подъема температуры 150 в ч. Спек иэмельчается, после чего в него вводится в соответ-,)0 ствии с предложением приготовленная отдельно добавка феррита лантана.

Феррит лантана приготовляется из оксида лантана и оксида железа смешиванием их в определенных весовых соотношениях. Синтез добавки проводится при температуре 1100 С и выдержке

2 ч.

Возможен другой способ изготовления предлагаемого пьезокерамического материала, в котором две операции по приготовлению основы состава и добавки феррита лантана объединяются в одну следующим образом. Все исходные компоненты, необходимые как для приготовления основы состава, так и для приготовления вводимой добавки феррита лантана, берутся в нужной для получения предлагаемого состава пропорциии и подвергаются смешению любым известным в керамическом производстве способом (в шаровой мельнице или вибромельнице). В .остальном сохраняется описанная технология.

Измерения проводятся на образцах 35 диаметром 12 мм.

В таблице приведены параметры оптимальных составов предлагаемого материала и материала-.прототипа.

Как видно из таблицы, представлен- 40 ные составы предлагаемого материала

ВаТ1ОЗ, PbZr0 SrTiO

41,46 4,93 52,30 имеют повышенный, по сравнению с прототипом пьеэомодуль (195 и

190 Кл/Н вместо 158 Кл/Н у прототипа) при близких значениях диэлектрической проницаемости. Предлагаемый материал имеет существенно большее значение коэффициента электромехани-. ческой связи (059 ) Кр > 0,49), чем прототип (Кр .= 0,45), т.е. обуславливает лучшее преобразование энергии, и меньшее значение.

Спекание образцов предлагаемого материала проводится в атмосфере оксида свинца при температуре 12401280 С.

Поляризация образцов осуществляет. ,ся в силиконовом масле при t - =130150О С в поле напряженностью 2- 3 кВ/мм в течение 1 ч с последующим охлаждением под полем.

Наилучиие свойства получены на материале, имеющем слелующий химический состав (Pbpglgz Ва л46л La (Tip4gIg 1.ао ось Zrá û )

В àТ103 14,61

3 .51, 65

LaFe 0 2,56

Этот материал имеет по сравнению с прототипом более высокое значение ,пьезомодуля (Л9л = 195 ° 10 Кл/H про-и тив 158 ° 10 " Кл/Н) и меньшее значение скорости звука (V = 3180 м/с вместо Ч, = 3490 м/с),, что позволяет получать на преобразователях из этого материала лучшие пьезосвойства при обеспечении малых волновых размеров.

Предлагаемый материал целесообразно испольэовать как в излучателях, так и в приемниках.

981295

Продолжение таблицы

Состав, мол.%

Диэлектри- Пьезоческая про- модуль ницаемость (йз; 1d)

Кл/Н

Е. )Е

Скорость звука (V ) м/с

Тангенс угла диэлектри-. ческих потерь (tgd ) «

РЬТ1Ц BaTiO> PbZrO> $гТ10 LaFeO >

L.3,87 0,60

1,29 0,80

2,52 0,70

3,03 0,70

1,28 0,90

2,56 0,70

3,75 0,70

1,29 1,20

33,67 4,81 57,68

34«54 14,81 49,36

34,12 . 14,62 48,74

3280 950

1150

120

3300

1400

135

3300

33,70 14,44 48,13

130

1550

3280

31,59 14,81 52,32

1340

165

3200

31,18 14,61 51,65

1940

195

3180

30,79 14,41 51,05

2340

190

3200

24,68 14,81 59,22

125

1050

3300

24,36 14,62 58,47

24,05 14,44 57,72

1,10

2,55

1450

130

3300

3,79

1,10

1540

130

3280

Известный состав ЦТБС-3 по СЭО 712.004 ТУ

1,2

22,00 24,00 53,00

1,0

2200

158

3490

РЬЕгО 48,09-59,22

LaFeO3 1,31-3,84

Составитель Н. Фельдман

Редактор Н. Ивидкая Техред Т;Фанта Корректор Л. Вокшан

Заказ 9614/33 Тираж 641 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Формула изобретения

Пьезоэлектрический керамический материал, включающий PbTiO>, BaTiO, Pb7rg,o т л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения пьезоэффекта и уменьшения скорости звука, он дополнительно содержит LaFeO> при следуницем соотношении компонентов мол. Ъ:

3 24,05-44,41

BaTiO« 4,81-14,81

Источники информации, 4О принятие во внимание при экспертизе

1. Патент СНА Р 2849404, кл. 252-62.9, 1958.,2. Авторское свидетельство СССР

9 252437, кл. С 04 R 35/46, 1967.