Пьезоэлектрический керамический материал (его варианты) Советский патент 1983 года по МПК C04B35/495 H01L41/187 

(54) ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ КЕРАМИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ (ЕГО ВАРИАНТЫ)

1

Изобретение относится к пьезоэлектричес. КИМ керамическим материалам и может быть использовано для создания высокочастотных электромеханических преобразователей, основанных на явлении пьезоэлектричества, и в частности, для ультразвуковых линий задержки.

Известны сегнетоэлектрические пьезоматериалы на основе твердых растворов метаниобатов щелочных металлов 1 и .

Указанные материалы либо имеют недос таточно низкие значения диэлектрической нронидаемости, либо обладают низкой температурной стабильностью резонансной частоты.

Наиболее близким к предлагаемому является материал 3, включающий NaNbOa, LiNbOa, SrO и содержащий эти компоненты в следующих количествах, мол.%:

NaNbOj85,53-87,24

LiNbOs12,22-12,46

SrO0,3-2,25

Эта система имеет достаточно низкие значения диэлектрической проницаемости &1л/ Q 110-130), сравнительно высокие

значения коэффициента электромеханической, связи (Кр 0,136-0,225).

Основным недостатком указанного материала является низкая температурная стабильность резонансной частоты. Относительное отклонение частот Af.g/fj« в интервал рабочих температур (от -60 до +85° С) от частоты, измеренной при 20°С, составляет 2,33-2,85%

Цель изобретения - улучщение температурной стабильности резонансной частоты.

Поставленная цель достигается тем, что пьезоэлектрический керамический материал, включающий NbjOs, NajO, , SrO, дополнительно содержит SiOj нри следующем соотношении компонентов, мас.%:

NbzOs80,05-81,33

NajO16,24-16,50

LiiO1,12-:1,14

SrO0,70-Ч),72

SiOi0,32-1,89

Поставленная цель достигается также тем, что пьезоэлектрический керамический материал, включающий Nb2O.;, , LijO, SЮ дополнительно содержит AljOj при следующем соотношении компонентов, мас.%: NbzOj80,83-81,5 N82 О16,40-16,66 . LijO1,,15 SrO0,71-0,73 AbOji0,07-0,93 В табл. 1 и 2 приведены конкретные со ставы и электрофизические параметры предлагаемого материала. Синтез осуществляют по обычной керами ческой технологии двукратным обжигом: тем пература TI 800С, Та 850° J продолжительность t| 5 ч, ti 5 ч. Спекание прово дят методом горячего прессования по следующему режиму: температура 1080-1175°С, давл ние 200 кг/см, время выдержки 40 мин. Поляризацию образцов производят в силиконо вом масле при 140°С в течение 45 мин в поле напряженностью 55 кВ/см с последующи охлаждением под полем до 90°С. Как видно из табл. 1, введение SiO2 вы зывает улучщение температурной стабильности резонансной частоты. В интервале от -(50 до +85°С Afg /f 1,28 - 1,57%. Исследованньш материал имеет достаточно высокле значения коэффициента электромеханиче кой связи Кр 0,174-0,202,, скорости звука V (5,51-5,83) . 10 м/с, механической добротности Qjy 790-950. Значения диэлектрической проницаемости g,T, / fp , температуры Кюри Т|., диэлектрических потерь 5/ Q ъ предлагаемом материале практически такие же, как в известном В с тавах 1-4 Т; 338-345°С, / о lOO-llO, tg ;б 1,67-,2,17%. Сочетание в предлагаемоМ материале й ниженньгх значений Afg /fy, с достаточно низкими значениями gp , довольно высокилт значениями Va Т, Q. является весьма благоприятным, так как позволяет улучшить характерис тики : ультразвуковых устройств, упростить схемные решения, увеличить надежность объектов. Как видно из табл. 1, наилучшей стабильностью обладает состЛ 2, у которого . 1,28%. Этот же состав имеет наиболее низкую диэлектрическую проницаемость (з / о 100). наиболее высокую температуру Кюри (Т 345°С). Преимущества предлагаемого материала обусловлены его качественным и количественным составом, что подтверждает также пример 5, демонстрирующий ухудщение свойств эа пределами предлагаемой концентрации. Нарущение пределов приводит, как видно из табл. 1, к повышению ё X, / 6 , Af /fr. Как видно из табл. 2, введение приводит -к существенному улучшению температурной стабильности резонансной частоты { Л fл 1,05-1,48%), заметному снижению диэлектрических потерь (tg 6 1,18 1,57%) Кроме того, предлагаемый материал имеет довольно низкие значения i 140; достаточно высокие значения Tj, 300 - , K|fO,211-0,257, dj, (11--14). l(, QM 705-1025, VR (5,89-5,91) - 10 м/с. По значениям Кр 0,257, с|., 14-10 к/н состав 2 превосходит известный, материал. Наилучшей стабильностью обладает состав 4, у которого U. f 0 / ff, в интервале от -60 до +85°С составляет 1,05%. Наиолее низкие потери зафиксированы в составе 5 (tg 5 1,18%). Сочета1гае в предлагаемом материале ниженных значений Af /fv- с довольно vp, Vjj , Q , Гц , dji является высокими К„ весьма благоприятным, так как позволяет улучшить характеристики ультразвуковых устройств и схемные решения, .увеличить надежность объектов. Положительный эффект предлагаемого материала обусловлен его качественным и количественным составом, что подтверждают также примеры 7 и 8, демонстрирующие ухудшение свойств за пределами предлагаемой области концентраций, например увеличение Af /fr

а

ys

S К

ю

я .

н

о

«ч (О

а

S

о

О U

О О

rlоГЧ

51чО

ЧО

Формула изобретения

NbjOs80,05-81,33

NajO16,24-16,50

LijO1,12-1,14

SrO.0,70-0,72

SiOj0,32-1,89

с целью улучшения температурной стабильно1000439

10

ти резонансной ч астоты, он дополнительно содержит А12Оз приследующем соотношении компонентов, мас.%:

NbjOs80,83-81,50

NajO16,40-16,66

LijO1,13-1,15

ВЮ0,71-0,73

AljOj0,,93

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

t

3.Авторское свидетельство СССР N° 694478, кл. С 04 В 35/00, 1978 (прототип).