Пьезоэлектрический керамический материал Советский патент 1982 года по МПК C04B35/491 

1

Изобретение относится к пьезотехнике, а именно к высокочувствительньм пьезокерамическим материалаь (пьезомодуль менее 200-10 Кл/Я)/ обладающим высокой стабильностью пьезомодуля широком интервале температур (-60)-(+300)с и может быть использовано для пьезоэлементов высокотемпературных акселерометров и акустических датчиков.

Известны пьезоматериалы обладающие высоким пьезомодулем, на основе систе№ 1 цирконата-титаната свинца, например ЦТБС-1, у которого dj 470-rj Kn/H l.

Недостатком этих пьезоматериалов являются низкие рабочие температуры, не преньшающие 150-200 С.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является пьезоэлектрический керамический материал 2, включающий РЬО, ZrOj, TiO,, CaO, BaO, SrO и добавку BJiOj при

следующих соотношениях компонентов, мае. %

РЬО 66,9-67,2 ZrO 19,6-20,0 TiOo 11,3-11,5

0,17-0,20

CaO 0,47-0,53 . BaO 0,32-0,36 SrO

1,42-1,43

Образцы данного состава характе10ризуются следующим электрофизическими параметрами: диэлектрическая проницаемость . ЮО, тангенс угла диэлектрических потерь tg а 2,0%, точка Кюри (Тк) , пьезо(S модуль dji, измеренный квазистатическим методом равен 220 1СГ Хл/Н.

Недостатком этого пьезоматериала является нестабильность пьезомодуля воздействи.о температуры,

20 превьшающей . Обратимте изме- нения пьезомодуля в диапазоне температур (-60)-(+300)с составляют более 50%. Кроме того, пьезоматериал имеет сравнительно высокую температуру спекания: 1 180-1 .

Целью данного изобретения является улуч1иение стабильности пьезомодуля djjK воздействию температуры в более широком диапазоне температур при сохранении его высокого значения.

Эта цель достигается тем, что пьезоэлектрический керамический материал, включающий РЬО, ZrO

TiO,j, СаО, ВаО, SrO и

,

дополнительно содержит добавку GeO при следующем соотношении компонентов, мас.%:

РЬО . 66,19-66,32

ZrO 19,49-19,52

TiOj N,66-11,69

СаО 0,17-0,18

ВаО 0,46-0,47

SrO 0,15-0,16

В 1,2.0 2, 1,37-1,38

GeOj. 0,29-0,5

Образцы из предполагаемого пьезкерамического материала готовятся по обычной керамической технологии путем двухкратного обжига.

В качестве исходных компонентов используют вещества в следующих количествах, вес.%:

Исходные вещества смешиваются в мокром виде, высушивают и из полученной шихты прессуют брикеты. Брикеты подвергают обжигу при 850 С в Б течение 3 ч, затем тщательно измельчают в порошок, после чего в качестве связки добавляют небольшое количество поливинилового спирта и прессуют заготовки заданной формы. Спрессован 1ые изделия помещают в печь и спекают при 1080+20 С в течение 2 ч. Скорость подъема температуры 200-300 град/ч. Электроды наносят методом вкигания серебряной пасты при 800 С в течение 100

15 мин. Поляризацию осуществляют на воздухе при 300с при напряженности электрического поля кВ/см и охлаждении под полем до комнатной температуры.

В табл. 1 дан состав известного и предлагаемого материалов.

Данные измерений пьезоэлектрических и диэлектрических параметров, а также стабильности пьезомодуля d,

3 к воздействию температуры приведены в табл. 2, представлены параметры для составов, содержащих GeO,, в количествах, выходящие за пределы концентраций, указанных в предполагаемом изобретении.

Пьезокерамический материал предлагаемого состава наряду с сохранеd(200

m

iO Kri/H) характеризуется высокой

стабильностью пьезомодуля d,,

до более высоких температур 35U С,

что

на выше, чем у известного

о, пьезоматериала. Обратимые изменения пьезомодуля d измеренного в квазистатическом режиме в диапазоне температур (-60)-(+300)с, не превышает 15%. Точка Кюри лежит в интервале 335-355°С, диэлектрическая проницаемость 1050-1100.

Кроме С ITO, льезокерамический материал предлагаемого состава харакнизкими темтеризуется сравнительно 1060-1U80°C, пературами спекания что на 100 ниже, у известного.

Снижение температуры спекания приводит к уменьшению потери РЬО при обжиге, что позволяет производить спекание заготовок без использования дорогостоящей и трудоемкой свинецсодержащей засыпки. Это значительно снижает трудозатраты, экономит химреактивы, высвобождает рабочих и оборудование, т.е. значительно снижает себестоимость пьезокерамических элементов и упрощает технологический процесс их производства.

Таким образом, данный состав пьезкерамического материала обеспечивает работу пьезоэлементов в пьезопреобразователях в диапазоне темпйратур (-60))с.

9052206

Таблица 1

Таблица 2