Модифицированный материал для электростриктора Российский патент 2023 года по МПК C04B35/499 

Изобретение относится к области создания электромеханических изделий и ультразвуковых излучателей.

Известен электрострикционный материал (RU 2 130 000, 10.05.1999), включающий PbO, MgO, Nb₂O, TiO₂ с дополнительным содержанием La₂O₃. Данный материал, имея хорошие электрострикционные свойства S_II (10кВ/см) – (1,00 – 1,25) ×10^-3 имеет довольно большую диэлектрическую проницаемость ε_r – 14000 – 16000, что не всегда приемлемо в частности для ультразвуковых излучателей.

Известен электрострикционный материал (RU 2696729, 16.10.2018) на основе растворов системы, включающий PbO, MgO, Nb₂O₅ и TiO₂, дополнительно содержит оксиды Bi₂O₃ и Sc₂O₃, полученный материал имеет состав (1-2x)BiScO₃·xPbTiO₃·xPb(Nb_2/3Mg_1/3)O₃ при x=0,42.

Недостатком указанного материала является сравнительно высокая температура спекания керамики (1200°С), что сказывается на общей цене указанного материала.

Техническим результатом настоящего изобретения является количественное снижение температуры спекания керамики на 100°С при сохранении электрофизических параметров.

Указанный технический результат достигается за счет того, что в модифицированном материале для электростриктора на основе твердых растворов, включающем оксиды PbO, MgO, Bi₂O₃, Sc₂O_3, Nb₂O₅ и TiO₂, увеличено содержание наиболее легкоплавкой компоненты PbTiO₃ за счет уменьшения содержания компоненты PbMg_1/3Nb_2/3O₃ и полученный материал имеет состав (1-2x)BiScO₃·1.5xPbTiO₃·0.5xPb(Nb_2/3Mg_1/3)O₃ при х=0.36.

Приготовление состава проводили по обычной керамической технологии. Эти составы находятся на пересекающем линию морфотропной фазовой границы сечении (1-2x)BS - 1,5xPT·0,5xPMN] вблизи морфотропной фазовой границы x=0.36 между ромбоэдрической и тетрагональной формами твердых растворов. Помол-смешивание исходных оксидов, взятых в отвечающих формуле твердых растворов пропорциях, и помол синтезированных продуктов проводили с использованием аппарата вихревого слоя, который обеспечивал дисперсность синтезированных порошков, соответствующую внешней удельной поверхности S_sp, равной 4000 - 6000 см²/г.

Первый обжиг гомогенизированных смесей проводили при T_s1= 780-800°С в течение t_s1=6 ч. Величина внешней удельной поверхности S_sp синтезированных порошков после помола составляла 6300-7200 см²/г. Полусухое прессование цилиндрических заготовок диаметром 14 мм и высотой 10 мм проводили одноосным давлением 700 кг/см².

При этом в синтезированные порошки вводили связку в виде 5 мас.% пятипроцентного водного раствора поливинилового спирта, плюс 1 мас.% глицерина. Спекание заготовок проводили в камерной печи в засыпке из смеси оксидов свинца и циркония, содержащей 30 мас.% PbO, при T_s2=1100-1200°С с выдержкой в течение t_s2=1,5-4 ч. Оптимальными условиями обжига порошков (1-2x)BS·1.5xPT·0.5xPMN, синтезированных «твердофазным» методом и прошедших интенсивный помол, являются температура 1100-1150°С, время обжига 1,5-2,0 ч. При этом была получена плотность образцов >95% от рентгеновской. Повышение температуры обжига до 1200-1240°С приводит к заметному ухудшению основных функциональных параметров. Для высокодисперсионых порошков (S_уд>6000 см²/г) оптимальная температура обжига близка к 1100°С.

Из спеченных керамических заготовок путем распиливания и шлифования были получены таблетки диаметром 10 мм и толщиной 0,5 мм. На плоские поверхности таблеток путем вжигания серебросодержащей пасты наносили электроды, имеющие форму круга диаметром 9 мм. Поляризацию образцов проводили в полиэтилсилоксановой жидкости ПЭС-5 при 100°С с выдержкой 15 минут под электрическим полем напряженностью 25 кВ/см и охлаждением под этим полем до 50 - 60°С.

На фиг.1 показана зависимость диэлектрической постоянной от температуры, а на фиг.2 - диэлектрических потерь при разных частотах возбуждения.

Изобретение относится к области создания электромеханических изделий и ультразвуковых излучателей. Модифицированный материал для электростриктора на основе твердых растворов, включающий оксиды PbO, MgO, Bi₂O₃, Sc₂O_3, Nb₂O₅ и TiO₂ имеет состав (1-2x)BiScO₃·1,5xPbTiO₃·0,5xPb(Nb_2/3Mg_1/3)O₃ при х=0,36. Технический результат изобретения – снижение температуры спекания керамики за счёт увеличения содержания наиболее легкоплавкой компоненты PbTiO₃ и уменьшения содержания компоненты PbMg_1/3Nb_2/3O₃. 2 ил.

Модифицированный материал для электростриктора на основе твердых растворов, включающий оксиды PbO, MgO, Bi₂O₃, Sc₂O_3, Nb₂O₅ и TiO₂, отличающийся тем, что увеличено содержание наиболее легкоплавкой компоненты PbTiO₃ за счет уменьшения содержания компоненты PbMg_1/3Nb_2/3O₃ и полученный материал имеет состав (1-2x)BiScO₃·1.5xPbTiO₃·0.5xPb(Nb_2/3Mg_1/3)O₃ при x=0.36.