СОСТАВ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ЭЛЕКТРОСТРИКЦИОННОГО КЕРАМИЧЕСКОГО МАТЕРИАЛА Российский патент 2006 года по МПК C04B35/499 C04B35/00 

Изобретение относится к области материаловедения, в частности к электрострикционным керамическим материалам, и может быть использовано в любой технической области, где требуются большие управляемые микроперемещения порядка десятков микрометров.

Известны электрострикционные керамические материалы: цирконат свинца - титанат калия-висмута [1], твердые растворы магнониобата свинца - титаната свинца [2], а также пьезоэлектрический материал системы твердых растворов магнониобат свинца - цирконат-титанат свинца [3]. К недостаткам этих материалов можно отнести недостаточно высокие значения величины электрострикционных коэффициентов по полю М₁₁.

Наиболее близким к предлагаемому составу и достигаемому результату является пьезоэлектрический керамический состав системы магнониобата свинца - цирконата-титаната свинца, полученный по обычной керамической технологии с температурой синтеза 850°С и последующим обжигом при 1200-1300°С в течение 45 минут в зависимости от состава. Этот материал, содержащий компоненты в следующем соотношении: магнониобат свинца (от 1 до 87,5 мол.%), титанат свинца (от 0 до 81,3 мол.%) и цирконат свинца (от 0 до 95 мол.%), имеет величину электрострикционного коэффициента по полю M₁₁=5.31, 10^-16 м²/В² [3]. К недостаткам материала относятся недостаточно высокое значение электрострикционного коэффициента по полю и высокая температура спекания. Данный материал выбран в качестве прототипа.

Изобретение направлено на повышение величины электрострикционного коэффициента по полю с одновременным улучшением технологических режимов.

Это достигается тем, что в состав шихты электрострикционного материала кроме оксидов свинца, магния, ниобия, титана и циркония дополнительно входит оксид сурьмы в следующих соотношениях (мас.%):

PbO68,297÷68,304MgO3,597÷3,782Nb₂O₅23,722÷24,945ZrO₂1,599÷2,498TiO₂0,919÷1,436Sb₂O₃0,450÷0,451

Пример: Для получения 100 г электрострикционного материала состава №4 готовят шихту, состоящую из следующих компонентов, г:

PbO68,299MgO3,659Nb₂O₅24,130ZrO₂2,198TiO₂1,264Sb₂O₃0,450

В качестве исходных материалов используют вещества реактивной чистоты, и при расчете шихты вносят поправки на содержание основного вещества. Синтез составов осуществляют по обычной керамической технологии в две стадии. После помола и смешивания исходных веществ полученную шихту в виде порошка подвергают обжигу при температуре 950°С в течение 3 часов. Затем в шихту добавляют в качестве связки 5% водный раствор поливинилового спирта и прессуют изделия заданной формы и размера. Спрессованные изделия помещают в печь и спекают при температуре 1160-1240°С в течение 2 часов. После шлифовки на плоские поверхности изделия наносят электроды путем вжигания серебряной пасты при температуре 750°С в течение 30 мин.

В таблице приведены свойства электрострикционных материалов, изученные на образцах, имеющих форму пластинок с размерами плоской части 6×6 мм² и толщиной 2 мм.

№ составаСостав мас.%Свойства при 25°СPbOMgONb₂O₅ZrO₂TiO₂Sb₂О₃М₁₁, 10^-16 м²/В²Q₁₁, 10^-2 м⁴/Кл²168,3083,88525,6251,0990,6320,4511,82,0268,3053,82425,2171,3990,8040,4514,12,2368,3043,78224,9451,5990,9190,4515,962,23468,2993,65924,1302,1981,2640,45012,12,7568,2973,61823,8582,3981,3970,4506,112,72668,2973,59723,7222,4981,4360,4505,312,73768,2943,53523,3152,7971,6090,4504,43,1868,2833,28821,6853,9962,2980,4503,13,1968,2662,87618,9705,9923,4460,4501,13,6

Как видно из таблицы, из всех исследованных материалов составы №3-№6 имеют более высокие значения электрострикционного коэффициента по полю М₁₁=(5,31-12,1)·10^-16 м²/В² по сравнению с прототипом наряду с высоким значением электрострикционного коэффициента по поляризации Q₁₁=(2,23-2,73)·10^-2 м²/Кл² при 25°С. Одновременно предлагаемый материал требует более низкой температуры спекания (1160-1240°С) по сравнению с прототипом (1260-1300°С). Такое сочетание свойств выгодно отличает указанные составы от известных материалов и является благоприятным для применения заявляемого материала в устройствах, создающих большие микроперемещения.

Источники информации:

1. Gridnev S.A., Pavlova N.G., Rogova S.P. Electrostrictive properties of PbZrO₃ - К_0/5В_0/5TiO₃ ceramics. Proceeding of the ISAF′94. Pennsylvania. 1994. P.753-754.

2. Cross L.E., Jang S.J., Newnham R.E., Nomura S. and Uchino K. Large electro-strictive effects in relaxor ferroelectrics // Ferroelectrics. 1980. Vol.23. P.187-192.

3. Заявка на получение патента на пьезоэлектрическую керамику. DE 1646692 А, С 04 В 35/00, 31.05.1972, 8 с.

Изобретение относится к керамическим материалам, в частности к электрострикционным керамическим материалам, и может быть использовано в технических устройствах для получения больших (до нескольких десятков микрометров) управляемых микроперемещений: актьюаторах, устройствах адаптивной оптики, микропозиционерах. Технический результат изобретения - повышение электрострикционного коэффициента по полю и снижение температуры спекания материала. Электрострикционный керамический материал, полученный по обычной керамической технологии, содержит дополнительно оксид сурьмы Sb₂O₃ при следующем соотношении компонентов, мас.%: PbO 68,297÷68,304, MgO 3,597÷3,782, Nb₂O₅ 23,722÷24,945, ZrO₂ 1,599÷2,498, TiO₂ 0,919÷1,436, Sb₂O₃ 0,450÷0,451. 1 табл.

Состав для получения электрострикционного керамического материала, включающий в себя оксиды свинца, магния, ниобия, титана и циркония, отличающийся тем, что, с целью повышения электрострикционного коэффициента по полю и снижения температуры спекания, он содержит дополнительно оксид сурьмы при следующем соотношении компонентов, мас.%:

PbO68,297÷68,304MgO3,597÷3,782Nb₂O₅23,722÷24,945ZrO₂1,599÷2,498TiO₂0,919÷1,436Sb₂O₃0,450÷0,451