Способ получения пьезокерамических материалов на основе цирконато-титаната свинца Советский патент 1982 года по МПК C04B35/49 H01B3/00 

( СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПЬЕЗОКЕРАМИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ ЦИРКОНАТО-ТИТАНАТА СВИНЦА

I

Изобретение относится к способам получения пьезокерамических материалов - легированных Zn, Bi, Mn либо Zn, Bi, Mn, Sr твердых растворов цирконата-титаната свинца (ЦТС), применяемых в пьезотехнике.

Известен способ получения легированных Zn, Bi, Mn либо Zn, Bi, Mn,Sr твердых растворов цирконато-титаната Свинца, заключающийся в смешении порошкообразного карбоната свинца с окислами титана, циркония и легирующих металлов с последующим прокаливанием полученной шихты при , помолом и спеканием готового Продукта 1 и 2.

Керамика из приготовленных таким способом порошков спекается при высокой температуре (1100 + 20С), при этом она обладает низкими величинами коэффициентов электромеханической связи (0,25 - 0,42).

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату

является способ получения пьезокерамических материалов на основе ЦТС прокаливанием шихты, приготовленной, осаждением из водных растворов соединений свинца и легирующих добавок на твердую фазу соединений титана и циркония при рН 8,5 - . В качестве осадителя по этому способу используют смесь растворов концентрированного аммиака (20 - 25%) и кар10боната аммония в отношении 1:8 - 1:10

3.

Недостатком способа являются низкие значения электрофизических параметров.

15

Цель изобретения повышение коэффициента электромеханической связи керамики при сохранении стабильности остальных электрофизических параметров цирконата-титаната свинца, леги

20 рованного Zn, Bi, Mn или Zn, Bi, Mn, Sr.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу получения пьезокерамических материалов на основе цирконата-титаната свинца осаждением с помощью карбоната аммония соединений свинца и легирующих металлов из растворов их солей на порошкообразные соединения циркония и титана с последующими операциями прокаливания помола и спекания осаждения ведут при рН 7,8 - 8,2. Кроме того, осаждение ведут на кристаллоподобную карбонизированную гидроокись титана и основной карбонат циркония, предварительно высушенные в тонком слое при 80 - При отклонении от указанных преде лов рН в процессе осаждения всех ком Ьонентов не достигается полнота осаж дения легирующих металлов, что ведет к сдвигу химического состава материалов. При этом наблюдается резкое . ухудшение величины коэффициента электромеханической связи. При замене титан- и цирконийсо(Цержащего сырья на окислы или другие соединения либо изменений условий ег термообработки температура спекания керамики увеличивается на 170 - 250 Пример. В реактор-осадител снабженный мешалкой, заливают рассчитанные объемы растворов азотнокислых солей. Перед введением раствора висмута азотнокислого во избежание его гидр лиза приливается 1,32 л азотной кислоты (d 1,35). Затем в реакторосадитель загружают кристаллоподобную карбонизированную гидроокись ти ,тана и основной карбонат циркония. Полученную суспензию перемешивают в течение 30 - 0 мин, а затем прили вают раствор карбоната аммония со скоросью 15 - 20 л/ч до рН 7,8 - 8,2. Суспензию выдерживают при перемешивании в течение 2-3 ч. После этого осадок отделяют на НУТЧ-фильтре от маточного раствора и прокаливают в виде пасты при в течение 5 ч. Синтезированные порошки подвергаются вибропомолу до суммарной удельной поверхности 7/А500 см /г, после чего их спекают в виде дисков 020 х 1 мм и измеряют электрофизические свойства. Объемы растворов азотнокислых солей и количество порошкообразных соединений для получения 20 кг пьезокерамических материалов- на основе легированных твердых растворов цирконата-титаната свинца представлены в табл. 1 и 2 соответственно. В табл. 3 приведены значения коэффициента электромеханической связи (Кр) , материала в зависимости от рН на стадии осаждения. В табл. 4 представлена зависимость температуры спекания порошков из легированного цирконата-титаната свинца от применяемого титанового и циркониевого сырья. В табл. 5 приведены электрофизические свойства керамики, изготовленной из легированных твердых растворов ЦТС. Предлагаемый способ позволяет снизить температуру спекания керамики до 930 4 20°С, повысить величины коэффициента электромеханической связи до 0,5 (для ЦТС-35) до 0,32 (для ЦТС-З и для ЦТС-33) при сохранении высокой стабильности всех остальных параметров. Таблица 1

Свинец азотнокислый

Стронций азотнокислый

56,36

56,09

1,51

Марганец азотнокислый

Цинк азотнокислый

Висмут азотнокислый ЦТС-35 ЦТС-3 ЦТС-33 Карбонизированнаягидроокись титана

Основной карбонат циркония

Продолжение табл, 1

3J7

3,17 5,61 5,61 1,81 1,83

Таблица 2

,31

Ц,Ц

3,77

6,52

6,39

7,56 0,98(РЬо ) 9 То ЗО,- 0,02Zr{B1i,5 Нп,Д )0 0,98( -1 СИ °5- 0,02Zr()0, 0,98Pb(Znj,2 0% 0,02Zr(

0,92.

0,330

0,331

0,507

0,+96 0,326

0,489

0,319 0,328

0,507

0.378 0,250 0,

0,365

0, 0,230

Основной карбонат циркония после распылительной сушки

Двуокись титана ТС

Двуокись циркония анатазной модификации

Основной карбонат циркония после распылительной сушки

Основной карбонат циркония, высушенный при Во - 120 в тонком слое

Продолжение табл.3

Появляются вматочном растворе ионы марганца , висмута и цинка ( последний в значительных количествах).

Таблица k

Ибо

1100 + 20

1100 + 20

930 + 20

Фоомула изобретения 1. Способ получения пьезокерамических материалов на основе цирконато-титаната свинца осаждением с помощью карбоната аммония соединений свинца и легирующих добавок из раствора их солей на п .рошкообразные соединения титана и циркония с последующими операциями прокаливания, помола и спекания, отличающийс я тем, что, с целью повышения коэффициента электромеханической связи при сохранении стабильности других электрофизических параметров цирконато-титаната свинца, легированного цинком, висмутом, марганцем или цинком, висмутом, маргенцем или стронцием, осаждение ведут при рН 7,8-8,2.

Таблица 5

.

8П

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

3.Авторское свидетельство СССР f 509553, кл. С 04 В 35/00, 137.