Пьезоэлектрический керамический материал Советский патент 1978 года по МПК C04B35/491 

Пьезокер;амический материал получают смешиванием исходного твердого раствора цирконата-титаната (ЦТС-19) и оксидного стекла, иредзарительно измельченных до прохождения через сито 10000 отв./см или операции измельчения и смешивания проводят совместно.

Исходный материал ЦТС-19 получают по обычной керамической технологии обжигом смеси окислов РЬО, ZrO2, TiOz, Nb205 и SrCOs, взятых, например, в следуюш,ем соотношении, вес. %: РЬО 65,15; ZrOa 20,06; TiO2 11,54; 8гСОз2,27; NbgOs 0,98. Температура обжига 850°С, время выдержки при этой температуре - 5 ч.

Стекла получают оплавлением окислов РЬО, GeO2, SiO2, ТЮа, 205 и SrO в платиновом тигле при 1000-1050 С в течение 0,5- 1 ч с последующей закалкой на воздухе. Для исследования свойств пьезокерамики из смесей пьезокерамического материала ЦТС-19 со стеклами прессуют образцы, например, в виде дисков диаметром 15 мм и толш,иной 2-3 мм. Обжигают образцы в камерной электрической нечи нри 1140°С в воздушной атмосфере. Подъем температуры в нечи осуществляют со скоростью 200- 250 град./ч, охлаждение - со скоростью 80- 120 град./ч (потери в весе образцов не превыщаютО,5%).

Полученные диски шлифуют до толщины 0,9 мм. Для проведения электрических измерений наносят платиновые электроды методом катодного напыления в вакууме. Поляризацию пьезоэлементов проводят при 160°С в поле 35 кВ/см в течение 1 ч.

Состав стекол, использованных в опытах, и свойства пьезоматериала ЦТС-19 с добавками стекол приведены в таблице.

Как видно из таблицы, введение в состав материала ЦТС-19 стекла в количестве 2- 2,5%, состав которого лежит в пределах, вес. %: РЬО 58,0-61,5; GeOa 25,5-27,5; Si02 7,5-9,5; VzOs 2,0-2,5; ZrO2 0,9-2,2; TiOg 0,5-1,3 и SrO 0,1-0,3,- приводит к повышению его механической добротности при сохранении остальных пьезоэлектрических характеристик. При других соотношениях компонентов такого возрастания добротности не наблюдается.

Положительным эффектом при введении стекла является также повышение плотности (уменьшение пористости) материала путем улучшения его спекаемости. Пьезокерамические элементы получены обжигом при пониженной температуре-1140°С, в отличие от материала ЦТС-19, температура обжига которого 1220-1240°С, когда испарения РЬО из состава материала в присутствии добавки стекла практически не происходит. Это позволяет отказаться от применения защитных сред и герметичных никелевых или высокоглиноземистых огнеупорных пакетов, предотвращающих термическую диссоциацию пьезоматериала при повышенных температурах, и упростить технологический процесс.

Формула изобретения

Пьезоэлектрический керамический материал на основе цирконата-титаната свинцастронция состава

1 (Pbo,95Sro,05) (Zro,53Tio,47) Оз 0,99 (Nb2O5) 0,01,

отличающийся тем, что, с целью снижения температуры спекания и повышения механической добротности, он дополнительно содержит добавку стекла следующего состава, вес. %:

РЬО

58,0-61,5

25,5-27,5

GeO2

7,5-9,5

SiOa

VsOs

2,0-2,5 ZrOs 0,9-2,2 TiOa 0,5-1,3 SrO 0,1-0,3

при следующем соотношении компенентов

материале, вес. %:

(РЬо,955Го,Оо) (Zro,53Tio,47),99

(Nb2O5)o,oi97,5-98,0

Стекло2,0-2,5

Источники информации,

принятые во внимание при экспертизе

1.Патент США № 2906710, кл. 252-62.9, опублик. 1959.

2.Патент США № 2911370, кл. 252-62.9, опублик. 1959.

3.Глозман И. А. Пьезокерамические материалы в электронной технике. М, «Энергия, 1965.