Пьезоэлектрический керамическийМАТЕРиАл Советский патент 1981 года по МПК C04B35/491 C04B35/499 C04B35/01 

Изобретение относится к области получения пьезоэлектрических материалов и может быть использовано для изготовления пьезоэлементов для электромеханических преобразователей различного назначения, работающих как в воздушной, так и в водной средах. Известны пьезоэлектрические керамические материалы на основе твердых растворов Pb(Ti,Zr)0j 1. Однако эти материалы не обладают достаточно высоким пьезоэлектрическим эффектом. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является пьезоэлектрический керамический материал системы Pb(Ti,Zr) (Zn.Nb)(Ni,Nb) C2 Недостатком известного материала имеющего сравнительно высокую температуру Кюри (240-260 с) является возрастание электропроводности при высоких температурах, что ограничива ет температуру поляризации и соответ ственно величину достигаемого пьезоэлектрического эффекта. Цель изобретения - повышение пьез электрического эффекта. Указанная цель достигается тем, что известный пьезоэлектронный керамический материал Pb(Tio,6 Zroiz. Zn oyNi 0,083 Nb 0,267 ) 3 Дополнительно содержит беОд при следующем соотношении компонентов, вес.%: РЬ( Ztjj, N0, Nb 3 На чертеже представлен график зависимости электропроводности от температуры. Пример. В состав исходного твердого раствора, содержащего, мол.%: РЬО 100; Т i 0, 29; ZrOt 19; ZnO 5; Ю; NiO 6,6; .13,2 вводят 1 вес.% GeOa.. Для изготовления предлагаемого материала смешиваиот компоненты шихты в требуемом соотношении, например, берут, г: РЬО 69,6; Т1 OUj. 8,7; ZrO 9,1; ZnO 1,2; 10,7; NiO 1,85, GeOj 1. После смешивания, прессуют брикеты и синтезируют при 900 С. Синтезированные брикеты измельчают, прессуют заготовки и обжигают при в течение 1ч. Диэлектрические и пьезоэлектрические характеристики предлагаемого материала определяются на образцах изделий диаметром 12 мм, толщиной 2 мм. Испытания показывают, что введение двуокиси германия GeO заметно понижает электропроводность исходного пьезоматериала.

На зависимости Zg S f(l/T) наблюдается скачкообразное изменение .электропроводности при температуре, соответствующей температуре фазового перехода. Кроме того, обнаруживается излом X при более низкой темпет ратуре (TU. 403-413 К) , чем температура фазового перехода (Т) 503513К) . Электропроводность по мере приближения к точке X увеличивается с ростом температуры, а затем наблюдается более быстрое увеличение элекТРОПО.ОВОДНОСТИ С введением добавки Се02,( ривая 1 электропроводность несколько пойижается. Например, при Т 3 0,25 10 Ом-см в то время, как известный материал (кривая 2) при указанной температуре имеет значение ( 0,6610 Ом см- , низкотемпературный излом смещается (на 303-313 К) в область более высоких температур.

Свойства предлагаемого материала приведены в таблице.

Возможность смещения температуры, начиная с которой наблюдается сильны

рост электропроводности в область более выоских.температур, и понижени электропроводности приводит к повышению верхнего предела рабочего диапазона температур пьезокерамики и к возможности поляризации его при боле высоких температурах.

Введение добавки GeO-j дает возможность (особенно для элементов крупногабаритных, например сферических, диаметром 50 мм, толщиной 6. мм) не меняя общее напряжение (2 ,5 кВ/мм проводить поляризацию при температуре на 30-40 0 выше, чем у известного материала (т.е. не при , а при 160-170 0) у что улучшает условия поляризации, пьезоактивность повышается приблизительно на 10-15%, уменьшается старение на 15-20%.

Кроме того, при модификации добавками уменьшается электропроводность предлагаемого материала в два раза по сравнению с известным и, следовательно, повышается тангенс угла диэлектрических потерь, что весьма полезно, как в приемных, так и в излучающих устройствах. Например в низкочастотных излучателях уменьшение значения тангенса угла диэлектрических потерь снижает разогрев керамики, повышает КПД и предельную излучающую мощность излучателя.

Г2/а1; «° ° °«- « ° 3000

Г15/о1: ° V .,o,,bo,,.;S- ,,„„

99S РЬ(.,гп„,, Nbo,j,)0,+

+1% Gв0

Формула изобретения

Пьезоэлектрический керамический материал на основе РЬ (Т (,,(., Zro,:j4 Zno.OS ,gj )0.j,d т л ичающийся тем, что, с целью повышения пьезоэлектрического эффекта, он дополнительно содержит СеО/2. при следующем соотношении компонёнтов, вес.%:

0,007 280 2,0 248

0,007 285 2,0 2SO

0,007 285 2,0 250

3050

Pb(Tio,5fc Zr с i4- Z n о 005

Nio,oe3 Nbo2fe-r )0з98-99

GeOa1-2

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

ig -7-8-3-104 -н

-IZ-;з. -ff-tsИ /0 72 f гб 28 30 32 ЗА j

Т