Способ изготовления пьезоэлектрического керамического материала Советский патент 1984 года по МПК C04B35/46 C04B35/472 

vj

4;:

4 Данное изобретение относится к пьезотехнике и может быть использова но для изготовления керамики на основе твердых растворов РЬ( -РЪИОз . Пьезоэлектрическая керамика на ос нове титаната-цирконата свинца широк используется для изготовления пьезоэлектрических преобразователей, частотноселективных устройств, пьезоэлектрических элементов зажигания. Одной из важных технологических операций, влияющих на рабочие характеристики керамики , является обжиг, который осуществляется на воздухе в атмосфере паров оксида свинца ClJ. Однако получаемая таким образом керамика имеет относительно высокую пористость и большой средний размер пор в диапазоне от 5-15 мкм, что делает невозможным ее применение в ряде устройств, в частности, когда один из размеров электродов близок к 15 мкм или меньше. Наличие пористос.ти уменьшает механическую прочность . керамики -и некоторые другие характеристики. Известен способ уменьшения пористости пьезоэл(ектрической керамики из цирконата-тйтаната свинца-лактана за счет обжига ее в атмосфере кислорода 2. .. . Хотя такой процесс делает возможным получение керамики с низкой пористостью, он имеет серьезный недостаток, который заключается в том, что в спекаемой керамике осгаются очень крупные поры вследствие соединения малых пор. Наиболее близким к предлагаемому является способ получения материала имеющего состав (5(( где , 0,014: X 40,2§. Мате риал получают формозванием заготовок из обожженного при 600-900°С исходного порошка смеси соединений свинц олова/ сурьмы, титана с последующим их спеканием в воздушной атмосфере при 1000-1350°С 3. Основным недостатком указанного способа является относительно высокое значение пористости и малое зна чение добротности. Целью изобретения является повы шение механической прочности. Ука занная цель достигается тем, что согласно способу изготовления пьезоэлектрического керамического материала, содержащего хРЬ(5П(,)о, и у РЬП Оз , где 1/4 ot 3/4 , 0, 0,40 и р, 0,99, путем смешивания исходных соединений свинца, олова, сурьмы, титана, их обжига при б00-900С, измельчения/ формования заготовок и спекания при 1000-1350°С, в шихту дополнительно .вводят 0,0.5-5 мае.% по крайней мере одного соединения из группы М, МпО , , а спекание проводят в атмосфере кислорода при. содержании О не менее 80 об.%. Кроме того, в шихту можно дополнительно вводить по крайней мере одно соединение кальция,бария,стронция, кадмия из расчета замещения до 20 ат.% свинца в конечном продукте. Изготовление образцов проводяТ| следующим образом. Исходные сырьевые материалы (оксиды карбонаты, гидрооксиды, оксалаты и т.п.; перемешивают мокрым способом в шаровой мельнице не менее 10 ч, после сушки эту смесь обжигают в течение нескольких часов при бОО-ЭОО С. Спек измельчают, гранулируют и прессуют заготовки при давлении 700-1000 кг/см. Спекание проводят в атмосфере кислорода (/80 o6.%j при максимальной температуре, лежащей в интервале 1100-1350°С. . При обжиге сначала образуется промежуточная фаза со структурой типа пирохлора ..O.jj,которая присутствует на границах зерен вплоть до 1200°С. Эта фаза обеспечивает миграцию кислорода и способствует-образованию малопористой керамики, на конечной стадии спекания эта фаза преобразуется в фазу РЬ(5п,, со структурой типа перовскита. Для того, чтобы получить керамику с очень низкой пористостью и размером зерна .не более 10 мкм, предпочтительно использовать тонкозернистые материалы со средним размером зерна не более 4 мкм, и спекание проводят при 1000-1200 с. Если использовать атмосферу с содержанием не -с95 об.% кислорода, то получают керамику с малым количеством пор и высокой механической прочностью, атмосферу с высоким содержанием кислорода можно создавать только перед образование закрытых пор (при ;, при содержании РЪ(5п Sb.,Qi) Оз более 40 мол.% керамика плохо спекается и коэффициент электромеханической связи Кр не превьииает 5%. Если величина оС выходит за пределы 1/4-3/4, то спекание затруднено , так как образуются другие соединения... . Добавка МпО2 улучшает величину Кр. Добавка М задерживает рост зёрна и способствует улучшению темпера.турной стабильности резонансной частоты. Добавка СГ2Оэ способствует улучшению характеристик теплового старения. При содержании добавок боле(з 5 мас.% возникают трудности в спекании керамики и ее поляризации. Химический состав изготовленных образцов и концентрация кислорода V при обжиге приведены в табл.1.

В табл.2 приведены значения ди- ,при ЗШ). Измерения на толщинной мо

электрической проницаемости ЕЗЗ/ЕД,де колебаний проводят на тонких дисточки Кюри, коэффициентов электроне-ках толщиной 300 мкм.

ханической связи Кр и К. и механичес-: и„-tК| проводят после вьадержки в текой добротности и ftmt . Образ-чение 1 ч при 150°С, а К - после

цы поляризуют полем 3,0-4,0 кВ/мм вторной такой шлифовки.

Т а б л и ц а 1

1. СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО КЕРАМИЧЕСКОГО МАТЕРИАЛА, содержащего л РЪ (Sti .5Ъ . )0, л Г-С1- - 3 и эРЪТтОз , где 1/4 oi i 3/4, 0,01 X 0,040 и 0,60 6 У i 0,99, путем смешивания исходных соединений свинца, олова, сурьмы, титана, их обжига при бОО-ЭОО С, измельчения, формования заготовок и спекания при 1000135О с, отличающийся тем, что, с целью повышения механической прочности, в шихту дополнительно вводят 0,05-5 мас.% по крайней мере , одного соединения из группы М&.О, МпО, Сг2Оз/ а спекание проводят в атмосфере кислорода при,содержании О не менее 80 об.%. . , 2. Способ по П.1,. о т л и ч а ю щ и и с я тем, что в шихту дополни- Щ тельно вводят по крайней мере одно О) соединение кальция, бария, стронция, кадмия из расчета замещения до 20ат.% с свинца в конечном продукте..