Пъезоэлектрический керамический материал Советский патент 1983 года по МПК C04B35/453 C04B35/475 C04B35/495 

О1

оа

О) Изобретение относится к высоко температурным материалам для пьаз техники и может быть использовано в качестве пьезоэлементов для виб ропреобразователей специального н начения, работающих в диапазоне высоких частот и при высоких температурах. Известна высокотемпературная „ пьезокерамика не основе титана висмута tl Недостатком пьезокерамики явля ются низкие Температуры Кюри, лежащие в интервале 643-675°, что ограничивает температурный интервал использования материалов. Наиболее близкой к предлагаемой является керамика на основе слоистого титаната-ниобйта висмут с добавкой оксида вольфрама с тем пературой Кюри 895-925 , использу емая до 700° С2 3, которая имеет следующий состав, мас.%: 75,43-75,53 8,63-8,73 . 14,36-14,54 0,30-1,48 Недостатком этой керамики является низкая пьезоактивность, в частности пьезомодуль d jj не пр вышает 5,6 -10- Кл/Н. Цель изобретения - повышение пьезомодуля d j.j. Поставленная цель достигается тем, что пьезоэлектрический керамический материал, содержащий В ij О NbjOj, TiOji WO, содержит указан ные компоненты в следующем соотно шении, мас.%: BijOj 74,79-75,90 NbjOj 14,22-14,44 TF02 9,08-9,62 WOj 0,49-1,47 Состав материала соответствует дополнительному введению до 1,5 мас.% TiOj в Bi TiNbOg с до бавками WOj. Дополнительная концентрация Ti в пе|,овскитном слое приводит к об зованию вакансионных дефектов ванионной подрешетке, тем самым сп собствует спеканию и формированию микроструктуры, следовательно, и вышению пьезоэлектрических свойст Керамики. I Для изготовления пьезоэлектрической керамики используют сырье в виде оксидов марки ч.д.а. Смешивание и измельчение. Компонентовпроводят в водной среде в шаровой : мельнице. Перёд синтезом высушеннуч шихту брикетируют. Синтез проводят в течение 2 ч при 950°С. Синтезированные брикеты дробят в фарфоровой ступке, затем измельчают в шаровой мельнице в водной среде. Из высушенной шихты прессуют диски диаметром 12 мм, толщиной 1 мм. В качестве связки используют 3%-ный водный раствор поливинилового спирта. Образцы спекают при 1060-1070°С с выдержкой 2 ч в засыпке из обожженного оксида циркония. Спеченные образцы шлифуют до толщины 1 мм. Серебрянные электроды наносят методом вжигания. Поляризация образцов осуществляется в полисилоксановой жидкости при 180 С и напряженности 70 кВ/см. Пример 1. Состав керамики, мас.%; BioOj 75,90; ТЮз 9,17; NbjOy WOo 0, (Bi TiNbOg + +0,5 мас.% TiO + 0,5 мас.% WO). Пример 2. Состав керамики, мас.%: Bi-O, 75,1б; JlO 9,08; U.ZS; WO, },k7 (Bi TiNbOo+0,5 мас:% Ti02 + 1,5 мас.% WOj). Пример 3. Состав керамики, мас.% 75,53; TiOa 9,б2; NbjO ,36; WOj 0,49 (В ГэТ МЬОд+1 ,0 мгс:% Ti 02 +0,5 мас.% WO.,,) . Пример 4. Состав .керамики, мас., 7,79; Т i Oj 9,52; . ,22; WOj 1,47 (B i TiNbOg+l ,0-мас.% 1J.OO.Ill- 1t. 1/П -r llLj-V «1П.. - - ,5 мас.% WOg) Ti02 + Пример 5. Состав керамики, мас.%: 75,53; TiOo Э,12; , ,36; WO 0,99 (BioTiNbOg + 1 мас.% W0j+ 0,5 мас.% Т i 0 ) . Керамика изготовлена по описанной выше технологии. Пример 6. Состав керамики, мас.%: В 20з75,,57; Nb205 I,29; WOj 0,98 ( + + 1 мас.% МОз + 1 мас.% ТЮз). Керамика изготовлена по описанной выше технологии. Характеристика пьезоэлектрического керамического материала по примерам 1-6 приведена в таблице

ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ КЕРАМИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ, включающий BFv-O.., , ТГОз и W03, о Т л и ч а to щ и и с я тем, ЧТО, с целью пов№шения пьезомодуля d 33, он аоде15жит указанные компоненты в следующем соотно1-1ении, мас.%: BJ jOj74,79-75,90 HbjOs14,22-14,44 ,03-9,62 WOj0,49-1,47° ш с

Плотность, г/см 7,78

7,83

Диэлектрическая

120

120 проницаемость, Е

7,80

7,82

7,80

7,79

115

120

120

Пьезомодуль d,,

10-42 кл/Н7,2 Удельное электрическое сопротивление- при 4,2-10 7,3-10 , Ом-м

Как видно из таблицы,предлагаемая пьезоэлектрическая керамика имеет высокую температуру Кюри, при этом Пьезомодуль dэ, по сравнению с прототипом повышает значение от 5,6-10-2до 8,4 10-2кл/Н. Оптимальными для высокотемпературного применения являются составы, описанные в примерах 5 и 6. Высокая температура Кюри в сочетаний с повьшшнной пьезоактивностью, в частности .значением пьезомодуля d 33 высоким удельным электрическим сопротивлеПродолжение таблицы

8,4

8,0

6,8

6,7

.нием, позволяет использовать предла- гаемый материал для изготовления пьезоэлементов для вибропреобразователей специального назначения, работающих до 700с.

уч

Применение для изготовления пьезоэлементов керамики с повышенной пьеэоактивностью позволяет повысить качество аппаратуры, что существенно повышает точность и надежность измерений, а также расширяет область приема сигналов. 8,2-10 2,3-10 4,240 6,31о5