Пьезоэлектрический керамический материал Советский патент 1980 года по МПК C04B35/475 

Изобретение относится к области пьезотехники и может быть использовано дл создания электромеханических преобразователей, работающих в широком диапазон температур, одноосных сжимающих механических нагрузок и одновременно воздействующих температур и механических напряжений. Известен сег етоэпектрик со слоистой пёровскитоподЪбной структурой - титанат висмута BS4.. И который содер жит окислы в следующих количествах (вес.%): 79,54 Bl2. О, 20,46. TiO, 2--- Однако величины диэлектрической про ницаемости (E.JJ 130) и пьезомодуля dja , измеренного в квазистатическом режиме (d 7-8x10 К/Н) титаната висмута невысоки. Кроме того, вследствие высокой проводимости рабочая температура не превышает . При более высокой Температуре наступает резкое ухудшение пьезоэлектрических характеристик. Обратимые и необратимые изменения пьезочувствительности при воздействия осного механического сжатия, приложенного вдоль оси поляризашйи, возрастают и материал .пощюстью теряет пьезоактив- ность. Наиболее близким техническим решением к данному является керамический материал на основе титаната висмута (, О ,j); содержащий в качестве добавки оксиды ниобия (Nbj. Oj) и неодима ( ) Г2 в следующем соотношении: В 2. Оз77,98 - 78,75 Тт 0220,06 - 20,26 NbiOg0,49 - О,98 0,49 - 0,98. Этот материал имеет более высокие по сравнению с . . диэлектрические и пьезоэлектрические характеристики(,5« 23х10 К/Н) и обладает высокой стабильностью пьезоэлектрической чувствительности в интервале температур 2О-4ОО С, тем самым .обеспечивая надежную работу пьеэоэлементов, используемых для создания элект. ромеханических преобразователей в указанном диапазоне температур. Однако дпя ряда практических устройств этот диапазон температур недостаточно широк и, кроме того, этот материал имеет узкий интервал спекания (1170-И80 С)Г Целью изобретения является расширение интервала температур спекашя и ди апазона рабочих температур. Согласно изобретению, эта цель дост :гается тем, что пьезоэлектрический мат риал на основе титаната висмута, содержащий BijO, TiOa и добавку, содержит качестве добавки WO и . при следующем соотношении компонентов, весЛ Bi2 03 75,04 - 79,22 TiOi19,3 ,.-, 20,38 Оэ1,02 - 4,7 Nij-i Oj0,4 - 0,99 Образцы из предлагаемого пьезокерамического материала готовят по обычной керамической технологии методом дву- кратного обжига. Исходные вещества (оксиды) смешивают в мокром виде к из полученной ших ты прессуют брикеты. Брикеты подвергаю предварительному обжигу при в течение 2 ч затем тщательно измельчаю в порошок, после чего в качестве связки добавляют небольшое количество поливинилового спирта и прессуют заготовки за данной формы. Спрессованные изделия по мещ-ают в печь и спекают при 1О701180 С в течение 1 ч. Скорость подъем температуры 200-300°/час. Электроды наносят методом вжигания серебряной пасты при 800°С в течение 10-15 мин. Поляризацию осуществляют в полисилоксановой жидкости при 2ОО°С в течение 1 ч в постоянном электрическом поле: напряженностью ЗО кв/см. Дополнительно к обычной технологии поляризованные образцы нагревают, до и прикладывают однослойное механическое сжатие до ЗООО кгс/см вдоль оси поляризации. Конкретные составы представлены в табл. 1. Данные с пьезоэлектрических и диэлектрических свойствах, а также о стабильности предлагаемого материала при- ведены в табл. 2. Пъезокерамический материал предлагаемого состава имеет повышенное значение диэлектрической проницаемости и сохраняет прежнее значение пьезоэлектрического модуля da а также его стабильность в .диапазоне давлений 2О3000 кгс/см . Материал сохраняет стабильность пьезоэлектрического модуля Од в более широком диапазоне температур (до 640с). Необратимые измеdjнения пьезомодуля измеренного в квазистатическом режиме в диапазоне температур от -2ОО - отсутствуют, а обратимые не превышают 1О%. Кроме того, материал сохраняет стабильность пьезоэлектрического модуля dj) при одновременном воздействии температуры до 640 С и давления до 3000 кгс/см . Необратимые изменения при этом практически отсутствуют, а обратимые не превышают 12-15%. Таким образом, данный материал обепечивает надежную работу пьезоэлементов, используемых для создания преобразователей в диапазоне температур от 200 до +640 С и при комплексном возействии температуры до 640с и давлеия до 3000 кгс/смЗ Пъезокерамический материал предлагамого состава имеет расширенный .лнтер ал температур спекания (1О70-118ОС), то в значительной степени повышает техологичность материала. Таблица 1

SVCO,

NWO.

0,99

2,13 3,34

1,02

жащий , Ti добавку, отпйчающийся тем, что, с цепью рсширения интервала температур спекания и диапазона рабочих температур, в качестве добавки он содержит YfO и Nt при следующем соотношении компонентов, вес,%:

Таблица 2

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

2. Авторское свидетельство СССР NO 497267, С 04 В 35/00, 1975.