Состав засыпки для спекания сегнетопьезоэлектрического керамического материала на основе ниобата натрия Российский патент 2022 года по МПК C04B35/495 C04B35/645 C04B35/111 

Область техники

Изобретение относится к технологии изготовления сегнетопьезоэлектрических керамических материалов (СПКМ) на основе ниобата натрия и может быть использовано для создания высокоэффективных материалов широкого спектра действия с заданными свойствами.

Уровень техники

Группа бессвинцовых материалов на основе ниобатов щелочных металлов обладает рядом уникальных свойств, не реализуемых в ЦТС (Pb(Ti,Zr)O₃)-составах. Достоинствами таких СПКМ являются высокая скорость звука, определяющая высокочастотный (ВЧ) диапазон эксплуатации преобразователя, а также возможность получать заданную частоту на менее тонких пластинах, что упрощает технологию изготовления ВЧ-устройств за счет возможности увеличения их резонансных размеров; низкая экспериментальная плотность, приводящая, с одной стороны, к значительному снижению веса изделий, а, с другой, - к уменьшению акустического импеданса; очень низкая диэлектрическая проницаемость, что немаловажно для электрического согласования с генератором и нагрузкой; повышенный толщинный коэффициент электромеханической связи; достаточная анизотропия пьезосвойств, что позволяет улучшить отношение сигнал/шум и упростить технологию получения, исключив операцию резки материала; низкие диэлектрические и умеренные механические потери, что важно для получения коротких импульсов и равномерных амплитудно-частотных характеристик.

Одним из способов ускоренного получения СПКМ, в том числе, на основе ниобата натрия, является метод горячего прессования (ГП), суть которого заключается в одновременном приложении к заготовке из пресс-порошка высоких температур и давлений [1, стр. 172-176]. Кроме экспрессности, достоинствами ГП являются его универсальность; возможность изготовления практически беспористой керамики с плотностью, близкой к теоретической и с управляемой микроструктурой; сохранение стехиометрии состава; повышение эффективности СПКМ по сравнению с таковой при использовании традиционной обычной керамической технологии.

При ГП передача давления к заготовке, как правило, осуществляется с помощью различных сред, чаще всего сыпучих тел - засыпок. Применение засыпки при спекании СПКМ методом ГП диктуется, прежде всего, необходимостью исключения непосредственного контакта образца с материалом матрицы и пуансонов, а также нормальной передачи к нему давления [2, стр. 81-85], равномерной подачи и отбора тепла обжигаемых изделий. В связи с этим, основными требованиями, предъявляемыми к засыпке, являются: химическая инертность по отношению к материалам заготовки и пресс-формы; неслёживаемость и неспекаемость в процессе обжига заготовок; однородность. Использование засыпок, удовлетворяющих вышеуказанным требованиям, позволяет извлекать образец из пресс-формы без его разрушения. При этом получают ГП- образцы с заданной совокупностью электрофизических параметров. Поскольку при ГП керамики давление на образец подают при высоких температурах, облегчаются контакты между частицами дисперсно-кристаллических синтезированных порошков, сбрикетированных в виде заготовок, ускоряются диффузия и, как следствие, рекристаллизационные процессы, что должно приводить к снижению температуры спекания, Т_сп, по сравнению с обычным обжигом без давления по обычной керамической технология. На практике резкое снижение Т_сп отмечается практически для всех ГП- образцов свинецсодержащих керамик [1, стр. 179]. Применение же метода ГП при получении материалов на основе ниобата натрия (ниобатных материалов, НМ) не приводит к желаемому снижению Т_сп. Более того, использование ГП способствует развитию в них эффектов саморазрушения [3, стр. 1771-1774].

Избежать описанных негативных явлений в процессе ГП и снизить Т_сп НМ удается либо модифицированием материалов [4, стр. 13457-13466], либо введением дополнительных компонентов [5, стр. 1594-1601], что не сохраняет в обоих случаях комплекс присущих НМ свойств; либо изменением качественно-количественного состава засыпок [2, стр. 82].

Известен состав засыпки, используемой при ГП СПКМ, включающий Al₂O₃ [2, стр. 81; 7, стр. 4; 8, стр. 62-64]. Недостатком является невозможность обеспечения снижения температуры спекания, Т_сп, СПКМ на основе ниобата натрия при использовании этой засыпки.

Известен состав засыпки, используемой при ГП СПКМ, преимущественно титаната бария, BaTiO₃, включающий порошок диоксида циркония [6, стр. 2]. Недостатком его при использовании в процессе ГП СПКМ на основе ниобата натрия является уже при невысоких температурах (650÷740°С) взаимодействие Na₂O, K₂O, Nb₂O₅ с ZrO₂ с образованием метастабильных соединений Na₂ZrO₃, K₂ZrO₃ и других фаз [9, стр. 149-168], [10, стр. 294-298].

Известен состав засыпки для спекания СПКМ, преимущественно на основе ниобата натрия состава (Na,Li)NbO₃ (SU 857075, М.кл.3 C04B 35/00, опубл. 25.02.81) [11], принимаемый за прототип настоящего изобретения как наиболее близкий по назначению и составу.

Для снижения температуры спекания при ГП до 980°С при сохранении пьезоэлектрических свойств материала известная засыпка содержит, в масс.%:

Al₂O₃ 70 - 90

FeO или карбонат стронция SrCO₃ 10 –30.

Недостатком прототипа является уменьшение удельного электрического сопротивления материала, , до 5⋅10¹¹ Ом⋅см при использовании засыпки с FeO и до (4,0÷8,0) 10¹¹ м с засыпкой с SrCO₃ по сравнению с ρ_v=(1,0÷2,0)⋅10¹² Ом⋅см при использовании засыпки из чистого (без добавок) Al₂O₃.

Раскрытие изобретения

Техническим результатом заявляемого изобретения является снижение температуры спекания при ГП СПКМ на основе ниобата натрия при повышении его механической прочности (σ) и механической добротности () и сохранении комплекса диэлектрических (, ), пьезоэлектрических (, ) и сегнетоэластических () характеристик, присущих данному материалу, спеченному традиционным способом.

Указанный технический результат достигается тем, что состав засыпки для спекания СПКМ на основе ниобата натрия, включающий Al₂O₃ и добавку, согласно изобретению, он в качестве добавки содержит порошкообразную закись марганца MnO и карбонат марганца MnCO₃ при следующем соотношении исходных компонентов, в масс. %: Al₂O₃ - 80÷85, MnO - 7,5÷10,0, MnCO₃ - 7,5÷10,0.

Состав засыпки поясняется таблицами и фазовой диаграммой.

Таблица 1. Основные электрофизические и механические характеристики СПКМ на основе ниобата натрия вида (Na,K,Cd_0.5)NbO₃, полученного традиционным способом (ОКТ) и горячим прессованием с разными засыпками

Таблица 2. Основные электрофизические и механические характеристики СПКМ на основе ниобата натрия вида (Na,Li)NbO₃, полученного горячим прессованием с использованием состава засыпки Al₂O₃: 70 - 90; FeO или карбонат стронция SrCO₃: 10 - 30 (прототипа) и заявляемого состава засыпки: Al₂O₃ - 80÷85, MnO - 7,5÷10,0, MnCO₃ - 7,5÷10,0 (в масс. %)

Фиг.1. Фазовая диаграмма системы Al₂O₃ - MnO, полученная на основе рентгенографических исследований на дифрактометре XRD-6000 фирмы “Shimandzu” в λ-Co-излучении (по данным [16]).

Введение в состав засыпки MnO и MnCO₃ приводит к обеднению атмосферы, окружающей в рабочем объёме образец, кислородом за счёт связывания его при окислении MnO (MnOαMn₂O₃βMn₃O₄) и вытеснения углекислым газом при разложении MnCO₃ (MnCO₃ → MnO+СО₂↑), то есть образования в матрице восстановительной атмосферы. Спекание в этих условиях способствует образованию кислородных вакансий (по схеме , где - обозначение вакансий). Участвуя в процессах массопереноса, эти вакансии облегчают протекание диффузионных процессов, ускоряют их и приводят к снижению Т_сп. Сохранение же при таких пониженных температурах обжига заданной стехиометрии способствует улучшению механических свойств спекаемых НМ, повышая их механическую прочность, σ, и добротность, , что и наблюдается на практике.

Анализ представленных результатов альтернативных технологических решений и подходов, применяемых в производстве СПКМ, преимущественно, на основе ниобата натрия позволил убедиться в том, что использование ни одной из известных засыпок не приводит к снижению температуры спекания (Т_сп.) СПКМ на основе ниобата натрия, повышению его механической прочности (σ) и механической добротности () при сохранении комплекса диэлектрических (, ), пьезоэлектрических (, ) и сегнетоэластических () характеристик, присущих данному материалу, спеченному традиционным способом (ОКТ).

В качестве примера приведено сопоставление свойств НМ состава (Na,K,Cd_0.5)NbO₃, полученного путём спекания заготовок из синтезированных дисперсно-кристаллических порошков заданной стехиометрии методами обычной керамической технологии, ОКТ, без извне приложенного давления и засыпки и горячего прессования, ГП, с извне приложенным давлением, Р, равным 200 кг/см² с известными засыпками из Al₂O₃, Al₂O₃+FeO, Al₂O₃+SrCO₃ и заявляемой засыпкой из Al₂O₃+MnO+MnCO₃ с количественной вариацией состава (Таблица 1 Основные электрофизические и механические характеристики СПКМ на основе ниобата натрия вида (Na,K,Cd_0.5)NbO₃, полученного традиционным способом (ОКТ) и горячим прессованием с разными засыпками), а также НМ состава (Na,Li)NbO₃, полученного ГП с использованием состава засыпки из [11] и Таблица 2 Основные электрофизические и механические характеристики СПКМ на основе ниобата натрия вида (Na,Li)NbO₃, полученного горячим прессованием с использованием состава засыпки Al₂O₃: 70 - 90; FeO или карбонат стронция SrCO₃: 10 - 30 (прототипа) и заявляемого состава засыпки: Al₂O₃ - 80÷85, MnO - 7,5÷10,0, MnCO₃ - 7,5÷10,0 (в масс. %).

Примеры изготовления сегнетопьезоэлектрического керамического материала на основе ниобата натрия при разных составах атмосферообразующей засыпки (1-х)Al₂O₃ + х(0,5MnO+0,5MnCO₃) приведены ниже.

Пример 1 (№. 5 табл. 1):

- рассчитываются навески исходных сырьевых реагентов NaHCO₃, KHCO₃, Nb₂O₅, CdO в соответствии с химической формулой композиции выбранного материала на основе ниобата натрия состава (Na_aK_bCd_c)NbO₃, где a=(0,50÷0,55) мол. %, b=0,2 мол. %, c=(0,125÷0,15) мол. %, a+b+2c = 100 % [12];

- осуществляется взвешивание дисперсно-кристаллических порошков исходных реагентов, взятых в необходимых количествах в пересчете на соответствующие оксиды: Na₂O=9,23; K₂O=5,34; Nb₂O₅=75,42; CdO=10,01 масс. %. В качестве исходных реагентов использовались гидрокарбонаты, карбонаты и оксиды следующих квалификаций NaHCO₃ - «чда», KHCO₃ - «ч», Nb₂O₅ - «NbO-пТ», CdO - «хч», где «чда» - чистый для анализа, «ч» - чистый, «NbO-пТ» - оксид Nb₂O₅ для пьезотехники, «хч» - химически чистый;

- производится помол - смешивание исходных реагентов;

- механическая смесь исходных реагентов подвергается двукратному синтезу при Т_синт.1=1220 K, τ_синт.1=5 час; Т_синт.2=1240 K, τ_синт.2=10 час, с промежуточным между двумя термообработками дроблением и помолом синтезированного продукта;

- приготавливаются пресс-порошки путём помола и гранулирования образующегося твердого раствора заданной стехиометрии;

- брикетируются синтезированные порошки в виде объемных заготовок диаметром 12 мм и толщиной ~ 2 мм;

- спекаются сбрикетированные заготовки методом горячего прессования на установке УГПЭ-2 [13, стр. 217-219] при Т_сп = 1460 K; τ_спек= 40 мин; Р = 200 кг/см² в атмосферообразующей засыпке состава (1-х) Al₂O₃+х(0,5MnO+0,5MnCO₃) c x=5,0 масс. %;

- производится механическая обработка полученных спёков керамики, их металлизация путём нанесения на плоские поверхности предварительно сошлифованных по торцам (до Ø10 мм) и толщине (до 1 мм) образцов серебросодержащей пасты и последующего её вжигания при температуре Т_вжиг.=1070 K в течение 0,5 час;

- осуществляется поляризация образцов в полиэтиленсилоксановой жидкости при температуре 420 K в течение 15 мин. в постоянном электрическом поле напряженностью 3,0 кВ/см;

- измеряются электрофизические характеристики в соответствии с ОСТ 11.0444-87 [14]. При этом определяют относительную диэлектрическую проницаемость поляризованных образцов, , (ε₀ - диэлектрическая постоянная), коэффициент электромеханической связи радиальной моды колебаний, , пьезомодуль, , скорость звука, , механическую добротность, , удельное электрическое сопротивление, ;

- оценивается механическая прочность керамик. При этом испытания на прочность при сжатии проводятся на образцах различного состава в форме дисков диаметром от 10 мм до 12 мм. Нагружение дисков производится пуансоном диаметром 5 мм при фиксации их на ровном основании камеры. Нагружение производится на специальной испытательной машине марки SHIMADZU. За величину прочности принимаются сжимающие напряжения в момент разрушения образца, фиксируемые скачкообразным увеличением деформации образца, а в некоторых случаях - появлением раскалывания (фрагментирования) [15, стр. 72-89].

При получении других составов засыпки выполняются все вышеописанные технологические приемы (пример 1) и изменяется только количественный состав атмосферообразующей засыпки (1-х)Al₂O₃+х(0,5MnO+0,5MnCO₃).

Пример 2 (№ 6 табл. 1): 90,0 масс.%. Al₂O₃ + 10,0 масс.% (0,5MnO+0,5MnCO₃).

Пример 3 (№ 7 табл. 1): 85,0 масс.%. Al₂O₃ + 15,0 масс.% (0,5MnO+0,5MnCO₃).

Пример 4 (№ 8 табл. 1): 82,5 масс.%. Al₂O₃ + 17,5 масс.% (0,5MnO+0,5MnCO₃).

Пример 5 (№ 9 табл. 1): 80,0 масс.%. Al₂O₃ + 20,0 масс.% (0,5MnO+0,5MnCO₃).

Пример 6 (№ 10 табл. 1): 75,0 масс.%. Al₂O₃ + 25,0 масс.% (0,5MnO+0,5MnCO₃).

Пример 7 (№ 11 табл. 1): 70,0 масс.%. Al₂O₃ + 30,0 масс.% (0,5MnO+0,5MnCO₃).

Пример 8 (№ 3 табл. 2): (80,0÷85,0) масс.%. Al₂O₃ + (15÷20,0 масс.% (0,5MnO + 0,5MnCO₃) (состав атмосферообразующей засыпки для НМ вида (Na,Li)NbO₃).

Как видно из табл. 1 (№№ 7-9) только использование предлагаемой засыпки с (15÷20) масс.% MnO и MnCO₃, взятыми в равных количествах, позволяет существенно снизить Т_сп. (1310÷1320 K) и повысить σ (245÷353 кг/см²) и (1270÷1340) НМ по сравнению с прототипом при сохранении присущего ему комплекса пьезоэлектрических характеристик (= 0,147÷0,152; =(8,1÷8,6) пКл/Н) и удельного электрического сопротивления ( = (5,6÷6,3)⋅10¹² Ом⋅см). Введение добавок в меньших (менее 15 масс. %, №№ 5, 6 табл. 1) и больших (более 20 масс. %, №№ 10, 11 табл.1) количествах в засыпку из Al₂O₃ не приводит к желаемому результату. Более того, при запредельных концентрациях MnO+MnCO₃ (более 20 масс. %) резко снижается удельное электрическое сопротивление () материала и ухудшаются показатели его пьезоэлектрической активности (, ).

В табл. 2 приведены основные электрофизические и механические характеристики СПКМ на основе ниобата натрия вида (Na, Li)NbO₃, полученного горячим прессованием с использованием известных засыпок и предлагаемой нами в настоящей заявке. Видно, что и в этом случае (№ 3 табл. 2) происходит снижение Т_сп (1200÷1220 K), повышение σ (250÷320 кг/см²) и (1200÷1280) по сравнению с прототипом при сохранении исходного уровня электрофизических свойств (=130÷135, =3⋅10¹² Ом⋅см; =0,23÷0,23, = (35÷45) пКл/Н; = (5,8÷5,9) км/с). (Параметры σ, , - определены в процессе подготовки настоящей заявки).

Таким образом, положительный эффект (снижение Т_сп., повышение σ и при сохранении исходного уровня электрофизических свойств (диэлектрических - , ; пьезоэлектрических - , ; сегнетоэластических - ) обеспечивается качественно-количественным составом предлагаемой засыпки, которая в предлагаемом изобретении одновременно выполняет две функции - среды, передающей давление на керамическую заготовку, и атмосферообразователя. Следует заметить, что особенности спекания материалов методом ГП, при котором образцы находятся под давлением в замкнутом объёме, благоприятствуют «мягкому» восстановлению, благодаря чему даже в области глубокого восстановления (при больших концентрациях добавок) не наблюдается разложения образцов. Но при этом может происходить химическое взаимодействие между спекаемым материалом и засыпкой, что приводит к образованию поверхностного слоя, по свойствам отличающегося от свойств основной массы материала. Учитывая неконтролируемость состава и неопределённость свойств этого слоя, необходимо увеличение объёма механической обработки изделий, что, в свою очередь, способствует повышению расхода спекаемого материала. Другим негативным явлением, наблюдающимся при введении в Al₂O₃ более 20 масс.% добавок (0,5MnO+0,5MnCO₃), является взаимодействие засыпки с материалом матрицы (пресс-формы), в которой располагается образец. Это препятствует извлечению образца из пресс-формы по окончании цикла ГП. Образование при повышенных содержаниях MnO и MnCO₃ в Al₂O₃ поверхностного слоя за счёт взаимодействий типа материал заготовки - засыпка, засыпка - материал матрицы (пресс-формы) способствует и появлению в прессуемой заготовке значительных механических напряжений из-за взаимного отличия коэффициентов термического расширения, КТР, материала заготовки и образующегося поверхностного слоя, приводящих к нарушению сплошности (деструкции) изделий.

Всё это, а также тот факт, что при содержании MnO более 20 масс. % в засыпке из Al₂O₃ в результате твердофазной химической реакции может образовываться соединение MnAl₂O₄ [16, стр. 3, 8] (см. фиг. 3), делает нецелесообразным увеличение концентрации вводимых добавок сверх указанных пределов. Фазовая диаграмма (фиг. 1) вида Al₂O₃ - MnO ([16, стр. 8]) получена на дифрактометре XRD-6000 фирмы “Shimandzu” в λ-Co-излучении ([16, стр. 3]).

Снижение Т_сп. материала при использовании предлагаемой засыпки способствует повышению надёжности и долговечности технологического инструментария, в частности, деталей пресс-форм из жаропрочных и жаростойких сталей, применяемых в практике ГП; надёжному сохранению полученного уровня свойств за счёт стабилизации стехиометрии заданного состава при меньшей возгонке ионов в области пониженных Т_сп. и уменьшению, в связи с этим, брака готовой продукции; снижению энергоёмкости технологического процесса, а, значит, его удешевлению.

Повышение механической прочности и механической добротности материала делает возможным его надёжное использование в устройствах электронной техники, испытывающих критические внешние воздействия (термические, полевые, барические). Кроме того, высокая определяет высокую эффективность электромеханических преобразователей на его основе за счет низких потерь на внутреннее трение, 1/.

Источники информации

Окадзаки К. Технология керамических диэлектриков. Пер. с японск. М.: «Энергия», 1976. - 336 с. (стр. 217-227).

Панич А.Е., Куприянов М.Ф. Физика и технология сегнетокерамики. Ростов-на-Дону: Изд-во Ростовского университета, 1989. - 178 с. (стр. 81-85).

Бондаренко Е.И., Комаров В.Д., Резниченко Л.А., Чернышков В.А. Саморазрушение сегнетокерамики // ЖТФ. 1988. Т. 58. № 9. С. 1771-1774.

Zi-de Yu, Xiao-ming Chen, Yu-long Su, Han-li Lian, Jiang-bo Lu, Jian-ping Zhou&Peng Liu. Hot-press sintering K_0.5Na_0.5NbO₃-0.5 mol% Al₂O₃ ceramics with enhanced ferroelectric and piezoelectric properties // Journal of Materials Science. 2019. V. 54. P. 13457-13466.

Hongliang Du,Fusheng Tang, Fa Luo, Dongmei Zhu, Shaobo Qu, Zhibin Pei, Wanchen Zhou.Influence of sintering temperature on piezoelectric properties of (K_0.5Na_0.5)NbO₃-LiNbO₃lead-free piezoelectric ceramics //Materials Research Bulletin. 2007. V. 42, No. 9. P. 1594-1601.

Ronald J. Brandmayr, Eatontown N.J., Arthur E. Brown, Florence S.C. and Sam Di Vita and Robert J. Ficher, West Long Branch, NJ. Method of Hot-pressing ceramic ferroelectric materials // Patent US № 2990602. 1959.

Греков А.А., Новиков М.С., Сукиязов А.Г., Сыркин Л.Н., Татаренко Л.Н., Чехунова Н.П. Способ получения керамики // А.с. № 436804 по заявке № 1730383/29-9 (приоритет). М.Кл.² СО4в 35/00. Опубл. 25.07.1974. Бюл. № 27. Дата опубл. описания 25.12.1974.

Фридлидер Г.М., Балкевич В.Л. Горячее прессование пьезокерамики системы ЦТС // Сб-к трудов Моск. хим.-техн. ин-та им. Д.И. Менделеева. М., 1973. Вып. 76. С. 62-64.

Scholder R., Räde D., Schwazz H. // Z. Anorg. Allg. Chem. 1968. Bd. 362. № 3-4. P. 149-168.

Mestres L., Martinez-Sarrion M.L., Castano O., and Fernandez-Urban J. Phase diagram at low temperature of the system ZrO₂/Nb₂O₅ // Z. Anorg. Allg. Chem. 2001. Bd. 627. P. 294-298.

SU 857075, М.кл.3 C04B 35/00, опубл. 25.02.81 -прототип.

RU 2498960 МПК СО4В 35/495 (2006.01). опубл. 20.11.2013.

Фесенко Е.Г. Семейство перовскита и сегнетоэлектричество. М.: Атомиздат, 1972. - 248 с. (с. 217-221).

ОСТ 11 0444-87. Материалы пьезокерамические. Технические условия. Введен. 01.01.88.-140 c.

Зацаринный В.П. Прочность пьезокерамики. Ростов-на-Дону: Изд-во Ростовского университета. 1978. - 206 с. (стр. 72-89).

АунгЧжо Мо. Композиционная керамика на основе электроплавленного корунда с эвтектическими добавками в системах Al₂O₃ - TiO₂ – MnO; Al₂O₃ - MgO – MnO; Al₂O₃ - MgO - SiO₂; Al₂O₃ - SiO₂ - TiO₂ // Автореферат дисс … канд. техн. наук. М. 2020. Российский химико-технологический университет (РХТУ) им. Д.И. Менделеева. - 16 с. (стр. 3, 8).

Таблица 1. Основные электрофизические и механические характеристики СПКМ на основе ниобата натрия вида (Na,K,Cd_0.5)NbO₃, полученного традиционным способом (ОКТ) и горячим прессованием с разными засыпками. №№
п/п Состав засыпки, метод спекания Т_сп.,K Механические, диэлектрические и пьезоэлектрические характеристики опытного материала σ, кг/см² ₀ , пКл/Н , км/с , Ом∙см 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 Без засыпки, ОКТ 1460 154 1090 1700 0,150 8,0 4,45 5,0·10¹² 2 Al₂O₃, ГП 1460 157 1100 1720 0,170 9,0 4,51 4,5·10¹² 3 Al₂O₃+ FeO 1420 163 1050 1570 0,150 8,2 4,42 3,0·10¹¹ 4 Al₂O₃+ SrCO₃ 1420 182 1080 1520 0,140 7,9 4,43 5,0·10¹¹ 5 (1-х)Al₂O₃+ x(0,5MnO+0,5MnCO₃)
х=5,0 масс.% 1460 142 1090 1490 0,135 7,5 4,40 5,5·10¹¹ 6 х=10,0 масс.% 1450 147 1100 1400 0,135 7,4 4,40 5,7·10¹¹ 7 х=15,0 масс.% 1310 245 1270 1690 0,147 8,1 4,46 5,6·10¹² 8 х=17,5 масс.% 1310 353 1320 1700 0,150 8,4 4,45 6,3·10¹² 9 х=20,0 масс.% 1320 286 1340 1700 0,152 8,6 4,48 6,0·10¹² 10 х=25,0 масс.% 1380 150 1300 1620 0,130 7,9 4,30 5,4·10¹¹ 11 х=30,0 масс.% 1400 138 1000 1540 0,124 7,8 4,30 5,1·10¹¹

Таблица 2. Основные электрофизические и механические характеристики СПКМ на основе ниобата натрия вида (Na,Li)NbO₃, полученного горячим прессованием с использованием состава засыпки Al₂O₃: 70 – 90; FeO или карбонат стронция SrCO₃: 10 - 30 (прототипа) и заявляемого состава засыпки: Al₂O₃ - 80÷85, MnO - 7,5÷10,0, MnCO₃ - 7,5÷10,0 (в масс. %). №№
п/п Состав засыпок Т_сп.,K Механические, диэлектрические и пьезоэлектрические характеристики СПКМ σ, кг/см² , пКл/Н V₁^E, км/с , Ом∙см 1 Al₂O₃+ FeO 1270÷1300 150÷
152 1000÷1030 120 0,17÷
0,18 30÷35 5,8÷5,9 5∙10¹¹ 2 Al₂O₃+ SrCO₃ 1250÷1310 145÷
154 1020÷1050 130 0,17÷
0,19 32÷40 5,5÷5,7 4∙10¹¹-8∙10¹¹ 3 (1-х)Al₂O₃+ x(0,5MnO+0,5MnCO₃)
х=(15,0÷20,0) масс.% 1200÷1220 250÷
320 1200÷1280 130÷
135 0,20÷
0,23 35÷45 5,8÷5,9 3∙10¹²

Изобретение относится к технологии изготовления сегнетопьезоэлектрических керамических материалов (СПКМ) на основе ниобата натрия. Состав засыпки для спекания СПКМ на основе ниобата натрия, включающий Al₂O₃ и добавку, в качестве добавки содержит порошкообразную закись марганца MnO и карбонат марганца MnCO₃ при следующем соотношении исходных компонентов, масс.%: Al₂O₃ 80-85, MnO 7,5-10,0, MnCO₃ 7,5-10,0. Техническим результатом является снижение температуры спекания при горячем прессовании керамического материала на основе ниобата натрия, а также повышение его механической прочности (σ) и механической добротности () и сохранении комплекса диэлектрических (, ), пьезоэлектрических (, ) и сегнетоэластических () характеристик, присущих данному материалу, спеченному традиционным способом. 1 ил., 2 табл.

Состав засыпки для спекания сегнетоэлектрического пьезокерамического материала на основе ниобата натрия, включающий Al₂O₃ и добавку, отличающийся тем, что в качестве добавки он содержит порошкообразные закись марганца MnO и карбонат марганца MnCO₃, при следующем соотношении исходных компонентов, масс. %: Al₂O₃ – 80-85; MnO – 7,5-10,0; MnCO₃ – 7,5-10,0.