Настоящее изобретение относится к приборостроению и может быть использовано в пьезотехнике для изготовления электромеханических преобразователей с повышенной механической прочностью.
Известен пьезокерамический материал на основе PbTiO3-PbZrO3 с содержанием SrTiO3 и Na0,5Bi0,5TiO3 (авторское свидетельство № 1840654).
Состав, обладающий оптимальными свойствами, под индексом ЦТСНВ-1, освоен и выпускается промышленностью. Однако образцы, изготовленные из ЦТСНВ-1 в заводских условиях, обладают низкой механической прочностью (например, по МРТУ СЭО 712006 предел механической прочности на растяжение σр=16,7 н/м2, на сжатие σсж=35,0·106 н/м2) и пониженным объемным электросопротивлением (ρv при t=20±5°C равно 1010 Ом/см).
Повышение механической прочности и объемного электросопротивления пьезоматериала достигается за счет его модифицирования стеклообразующей добавкой.
Для приготовления стекла используются окислы: PbO, TiO2, Li2O, Sb2O5 и SiO2.
Стекло имеет следующий состав в молярных процентах:
PbO 40-44; TiO2 10-12; Li2O 1,0-2,0; Sb2O5 1,0-4,0; SiO2 40-45.
Изготовление упрочненных пьезоэлементов включает в себя:
1. Синтез стекла.
2. Приготовление керамической шихты.
3. Введение стекла в керамическую шихту.
4. Прессование заготовок.
5. Обжиг заготовок.
6. Поляризация элементов.
Синтез стекла производится в силитовой печи при температуре 1300-1550°С. Стекло фриттуется. Стекольная фритта высушивается и измельчается до прохождения через сито №0056 (10000 отв/см2).
Приготовление пьезокерамической шихты осуществляется по принятому в производстве "керамическому" способу или "химическим" способом.
Измельченное стекло добавляется в необходимой концентрации 0,5, 1,0; 1,5; 2,0 вес% сверх стехиометрии пьезокерамического материала перед операцией тонкого измельчения керамики. Прессование заготовок производится на гидравлическом прессе при удельном давлении 800-1200 кг/см2 в зависимости от конфигурации детали.
Заготовки обжигаются в электрической силитовой печи при температуре 1060-1100°C.
Указанные температуры обжига заготовок на 40-60°С ниже, чем температуры, при которых производятся обжиги заготовок, изготовленных из состава, не содержащего стекла. Это обстоятельство важно, так как с повышением температуры обжига летучесть паров окиси свинца увеличивается, вследствие чего параметры элементов ухудшаются.
Изготовленные элементы имеют повышенную плотность (не ниже 7,5 г/см3), нулевое водопоглощение, повышенное объемное электросопротивление (ρv до 1015 Ом/см при t=20±5°C).
Изготовление пьезоэлементов из состава ЦТСНВ-1 с добавкой стекла опробовано в лабораторных и заводских условиях. Изготовлены пьезоэлементы различной конфигурации: шайбы, диски, призмы.
Результаты измерений пьезоэлементов приведены в таблице.
Данные таблицы показывают, что введение стеклообразующей добавки в пьезокерамику ЦТСНВ-1 увеличивает механическую прочность элементов, так как пределы механической прочности не растяжение и сжатие элементов из этой керамики в два раза больше, чем у элементов, изготовленных из немодифицированной керамики.
Электрофизические параметры модифицированной керамики практически не отличаются от параметров пьезокерамики, не содержащей стеклообразующей добавки.
| название | год | авторы | номер документа |
|---|---|---|---|
| Бессвинцовый пьезоэлектрический керамический материал | 2019 |
|
RU2728056C1 |
| Пьезоэлектрический керамический материал на основе метаниобата лития | 2019 |
|
RU2712083C1 |
| СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ ПЬЕЗОКЕРАМИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ И ПЬЕЗОЭЛЕМЕНТОВ ИЗ НИХ | 2013 |
|
RU2546055C1 |
| СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТОНКИХ КЕРАМИЧЕСКИХ ПЛАСТИН | 1991 |
|
RU2021231C1 |
| СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПЬЕЗОКЕРАМИЧЕСКИХ ОБЪЕМНЫХ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ПОРОШКОВЫХ КОМПОЗИЦИЙ | 1999 |
|
RU2214316C2 |
| ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ КЕРАМИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ | 1998 |
|
RU2139840C1 |
| СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КЕРАМИКИ МЕТАНИОБАТА ЛИТИЯ | 1991 |
|
RU2017700C1 |
| СТЕКЛО ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ГРАДИЕНТНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ МЕТОДОМ ИОННОГО ОБМЕНА | 1998 |
|
RU2146233C1 |
| СТЕКЛО ПРЕИМУЩЕСТВЕННО ДЛЯ ИЗОЛЯЦИИ АЛЮМИНИЕВОЙ ПРОВОДНИКОВОЙ РАЗВОДКИ | 1992 |
|
RU2036868C1 |
| ПЬЕЗОКЕРАМИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ | 2012 |
|
RU2514353C1 |
Изобретение может быть использовано в пьезотехнике для изготовления электромеханических преобразователей. Технический результат изобретения - снижение температуры обжига, достижение повышенной механической прочности и объемного электросопротивления материала. Пьезокерамический материал представляет собой трехкомпонентный твердый раствор титаната свинца, цирконата свинца и натрий-висмутового титаната, в который сверх стехиометрии добавляют 0,5-2 вес.% стекла следующего состава, мол.%: 40-44 PbO, 10-12 TiO2, 1,0-2,0 Li2O, 1,0-4,0 Sb2O5, 40-45 SiO2. 1 табл.
Пьезокерамический материал по авт. св. № 1840654, отличающийся тем, что, с целью повышения механической прочности и объемного электросопротивления, он дополнительно содержит 0,5-2% по весу добавки стекла, содержащего, мол.%:
