Пьезоэлектрический керамический материал Советский патент 1984 года по МПК C04B35/495 

00

X) о сд )Изобретение относится к пьезоэлектрическим керамическим материалам и может быть использовано для создания высокочувствительных электромеханических преобразователей, основанных на явлении пьезоэлектричества, в частности для устройств измерения механических воздействий, например давления. Известен сегнетопьезоэлектрический керамический материал на основе твердых растворов метаниобатов щелочных металлов m , Недостатком данных материалов при применении их в определенного рода радиотехнических устройствах, в частности, в устройствах измерения механических воздействий, является низкая диэлектрическая проницаемость (&з,/g:cj 100-50), не обеспечивающая хорошее согласование пьезоэлементов с внешней цепью, а также недостаточно высокие значения пьезомодуля dj,( 6 15 10 КлН) и коэф фициента электромеханической связи (Кр 6 0,25). Наиболее близок к предлагаемому Пьезоэлектрический керамический материал 2 , содержащий NaNbO , LiNb SrO в следзтощих количествах, мол.%: 82,53-87,24 NaNbO; LiNbOj 12,22-12,46 SrO 0,3 -2,25 Материал имеет следующие значени электрофизических параметров: Электрофизические параметры составов системы

Таблиц 5 110-130 0,136-0,225 d, Кл/н (7,1-11,3) 10 (7,3-9,8)ИО g,, Вм/Н (5,58-5,86). 10 Vft, м/с Скорость звука температуры спекания W При высокой пьезочувствительности эти составы обладают пониженными значениями диэлектрической проницаемости и пьезомодуля. а также спекаются при высокой температуре Цель изобретения - повышение диэлектрической проницаемости и пьезомодуля, коэффициента электромеханической связи при сохранении высокой пьезочувствительности и снижение температуры спекания. Поставленная цель достигается тем, что пьезоэлектрический керамический материал, содержащий , , NbgOg, SrO, дополнительно соержит Cd0.пpи следующем соотношении компонентов, мас.%: Na20 16,37-16,47 1,12-1,13 81,03-81,49 SrO 0,31-0,32 CdO 0,59-1,17 В табл. 1 приведены примеры онкретного выполнениясоставов редлагаемого материала.

ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ КЕРАМИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ,, содержащий NajO, Li-O, №20, SrO, отличающийся тем, что, с целью повышения диэлектрической проницаемости и пьезомодуля, коэффициента электромеханической связи при сохранении высокой пьезочувствительности и снижения температуры спекания, он дополнительно содержит CdO при следующем соотношении компонентов, мас.%: 16,37-16,47 Na20 Li О 1,12-1,13 81 ,03-81,49 NbjOs 0,31-0,32 SrO 0,39-1,17 CdO (/)

16,50

1,14 16,47 1,13 16,43 1,13 16,37 1,12 16,31 1,12 16,18 1,11 15,93 1,10

0,32

0,39 0,32 0,59 О,И 0,79 0,31 1,17 0,31 1,56 0,31 2,33 0,31 3,81 Синтез осуществляют при Т , Т , Продолжительность ч. Спекание ведут методом горячего прессования при 970-1075 С в зависи мости от состава давлении 100 200 кг/см , длительности термической вьщержки при температуре спекания от 40 мин до 6-8 ч. Более низкие величины давление ( 200 кг/см ) и удлиненные изотермические выдержки (6-8 ч) применяют при изготовлении материалов в виде крупногабаритных блоков размерами 110- мм и S 70-25 мм Поляризацию образцов проводят в силиконовом масле при 140 С в течение 45 мин в поле напряженность 40-60 кВ/см с последующим охлаждением под полем до 90с. Как видно из табл. 1, введение CdO приводит к существенному повыше нию диэлектрической проницаемости (в 2,4-3 раза), пьезомодуля (в 1,52 раза) и коэффициента электромеханической связи при сохранении знач ний пьезочувствительности, а также к снижению температуры спекания (на 100-200 С). иовътенке 1 / о обеспечивает, с одной стороны, увеличение электростатической емкости между электродами без изменения (уменьшения) геометрических размеров устройство (затруднившего бы технологию их изготовления),

.Продолжение табл. 1 с другой стороны, хорошее электричес кое согласование узлов датчиков с измеритель ными блоками устройств. Последнее благоприятствует высокому соотношению уровней полезного сигнала и шума в высокочувствительных устройствах, в частности устройствах измерения механических воздействий, например, давления. Как правило, увеличение ведет к снижению к1 и сохранение высоких значений последней не всегда достижимо. Снижение Т J. способствует улучшению воспроизводимости свойств полученных материалов путем сохранения заданного стехиометрического состава в результате уменьшения улетучивания компонентов при пониженных спек долговечности и надежности работы технологического оборудования, экономии материалов (металлов, используемых при изготовлении технологическорТг оснастки) . Наиболее оптимальное сочетание параметров наблюдается в составе 3, у которого 9,4-10. 5,5640

Модуль Юнга Е,

в

Н/м2

1,17.

Удельное объемное сопротивлеи

3, 1 .10 ние ч/у Ом-М За пределами предлагаемых конентраций (составы 1, 5, 7) наблюдаКак видно из табл. 2, предлагаемый материал может более эффективется ухудшение йвойств, т.е. уменьшение g, Кр, Vff.

В табл, 2 приведены значения электрофизических характеристик предлагаемого и известного 2j , материалов, а также промьшшенных материалов, применяемьк в ВЧ-технике.

Таблица 2

но использоваться для создания высокочувствительных датчиков.