ЭЛЕКТРОСТРИКЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ Российский патент 1999 года по МПК C04B35/499 

Изобретение относится к области создания материалов, применяемых в электромеханике, и может быть использовано для создания электромеханических преобразователей (биморфов, актюаторов).

Известны электрострикционные материалы на основе магнониобата свинца (D. J. Voss, S. L.Swartz and T.R. Shrout. The effects of various B-site modifications on the dielectric and electrostrictive properties of lead magnesium niobate ceramics, Ferroelectrictrics, 1983, vol.50, N 1/2, p. 203-206.

U. Kumar and L.E.Cross, A.Holliyal. Piroelectric and electrostrictive properties of (1-x-y) PZN • x BT • y PT ceramic solid solitions. Jour. Amer. Ceram. Soc., 1992, vol. 75, N 8, p. 2155-2164).

Их основные параметры: относительная диэлектрическая проницаемость ε_r ≅ 18000÷20000, продольная электрострикционная деформация при напряженности электрического поля 10 кВ/см S_II (10 кВ/см) ≤ 1 • 10^-3, гистерезис деформации H ≅ 5%.
Наиболее близким по составу является материал состава Pb(Mg_1/3Nb_2/3)_0,90Ti_0,10O₃ с относительной деформацией ≅ (8-10)•10^-4 и ε_r = 18000-19000.
(L.E.Cross, S.J. Jang and R.E.Newnham, Large electrostrictive effects in relaxor ferroelectrics. Ferroelectrics, 1980, vol,. 23, N 1/2, p. 187-192).

Техническим результатом настоящего изобретения является повышение электрострикционной деформации, уменьшение диэлектрической проницаемости керамики при сохранении низкого значения электромеханического гистерезиса.

Указанный технический результат достигается за счет того, что электрострикционный материал, включающий PbO, MgO, Nb₂O₅ и TiO₂, дополнительно содержит 0,01-2,00 мол.% La₂O₃ при следующих соотношениях компонентов, мол.%:
PbO - 52,25-56,90
MgO - 12,92-16,13
Nb₂O₅ - 10,39-16,13
TiO₂ - 10,25-22,50
La₂O₃
Известно использование La₂O₃ для увеличения размеров областей упорядоченного распределения ионов Mg²⁺ и Nb⁵⁺ в подрешетке B магнониобата свинца (L. J. Lin and T.B. Wu. Ordiring behavior of lead magnezium niobate ceramics with Asitesubstitution, Jour. Amer. Ceram. Soc., 1990, vol. 73, N 5, p. 1253-1256).

В предлагаемом случае La₂O₃ используется для повышения электрострикционной деформации и снижения относительной диэлектрической проницаемости.

Для приготовления материала применяется двухстадийный синтез: вначале при 1000-1050^oC в течение 4-5 часов обжигаются брикеты из тщательно гомогенизированной смеси оксидов магния и ниобия, затем брикеты измельчают в порошок с размером частиц 5-8 мкм, добавляют рассчитанные количества оксидов свинца, титана и лантана и смешивают компоненты в шаровой или в вибромельнице. Из полученной шихты вновь готовят брикеты, которые подвергают обжигу при 800-850^oC в течение 4-х часов. Полученные в результате брикеты измельчают, в порошкообразный продукт добавляют в качестве связки водный раствор поливинилового спирта и прессуют заготовки заданного типоразмера.

Полученные заготовки спекают в закрытых корундовых тиглях на PbO-содержащей подсыпке в течение 1,0-1,5 часов при температуре 1240-1260^oC. Скорость подъема температуры в печи 200-250^oC/ч.

После шлифовки на изделия наносят электроды путем вжигания серебряной пасты при 700-750^oC в течение 15-30 минут.

Свойства полученных материалов, измеренные при комнатной температуре, следующие:
S_II (10 кВ/см) - (1,00-1,25)•10^-3
ε_r - 14000-16000
H - 5%
Ниже приведен пример получения одного из материалов данной группы:
Из шихты, полученной смешением следующих масс компонентов, г:
PbO - 67,36 (54,68 мол./%)
MgNb₂O₆ - 22,66 (MgO 13,39 и Nb₂O₅ 13,39 мол.%)
TiO₂ - 7,60 (17,23 мол.%)
La₂O₃ - 2,38 (1,32 мол.%)
готовят брикеты, которые подвергают обжигу при 800^oC в течение 4-х часов. Керамику спекают при температуре 1240^oC (1 час), скорость подъема температуры 250^oC/час. Свойства полученного материала:
S_II (10 кВ/см) - (1,0-1,1)•10^-3
ε_r - 14000-16000
H - 5%i

Электрострикционная керамика содержит оксиды PbO, MgO, Nb₂O₅, TiO₂ и La₂O₃. Материал получается по традиционной керамической технологии: температура синтеза и спекания 800-850^oС и 1240-1260^oС соответственно. Относительная деформация при комнатной температуре и электрическом поле 10 кВ/см составляет (1,00-1,25)•10^-3 при электромеханическом гистерезисе ~5%. Техническим результатом настоящего изобретения является повышение электрострикционной деформации, уменьшение диэлектрической проницаемости керамики при сохранении низкого значения электромеханического гистерезиса.

Электрострикционный материал на основе твердых растворов системы магнониобат-титанат свинца, включающий PbO, MgO, Nb₂O₅ и TiO₂, отличающийся тем, что он дополнительно содержит 0,01 - 2,00 мол.% La₂O₃ при следующем соотношении компонентов, мол.%:
PbO - 52,25 - 56,90
MgO - 12,92 - 16,13
Nb₂O₅ - 10,39 - 16,13
TiO₂ - 10,25 - 22,50
La₂O₃ - 0,01 - 2,00