Способ изготовления пьезоэлектрической керамики Советский патент 1982 года по МПК C04B35/49 

(54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ

КЕРАМИКИ

1

Изобретение относится к технологии ,производства пьезоэлектрических материалов с сегнетожесткими свойствами, применяемых в качестве резонаторов и фильтров в радиоэлектронной аппаратуре, а также датчиков давления, вибраторов и т.д.

Известен способ изготовления пьезоэлектрической керамики на основе цирконата-титаната свиниа с доба вками оксида хрома в котором испатьзуется шестагвалентный оксид С

Однако в этом случае не удается получить достаточно высокий пьезоэффект и имеют место большие разбросы пьезомодуля.

Известны также способы изготовления керамики из цирконата титаната свинца с добавлением С О прессованием и спеканием изделия в закрытых тиглях 2 и ГЗ.

Наиболее близкш. к предлагаемому является способ изготовления пьезоэлектрической керамики на основе шфконататитаната свинца, включающий предварительный синтез соединения PbCTi,)O из оксидов при термообработке, размол полученного синтезированного соединения, введение в шихту добавки оксида трехвалентного хрома () и пластификатора и спекание без доступа воздуxaC2j .

0 Однако сложность использования хрома в качестве модификатора заключается в том, что ионы хрома могут находиться в различных степенях окисления. В результате термообработки фаз появляются

15 РЬ2. Pbs С г Од которые содержат шестивалентный хром. При этом процесс окисления С) О практически неуправляем, т.е. невозможно заранее продскааать, какое количество (доля) ионов

20 изменяет степень окисления в резутпзтате термообработки материала, т.е. переходит в состояние Ct. . Увеличение количества шестивалентного хрома нежелательно, так как прашодит к переходу кераглики из сегнетожесткой в сегнетомягкую. Кроме того, в .процессе вьшигания пластификатора, проводимом привысоких температурах, расходуется бсиьшое количество кислорода, недостаток которозго может привести к восстановлению свшща. Следствием появления посторонней фазы (металлический свиней в составе материала является увеличение тангенса угла диэлектрических потерь, что впечет увеличение тепловых потерь. Цель изобретения - увеличение пьезо модуля и уменьшение его разброса. Поставленная цепь достигается тем что согласно аюсобу изготовления пьезоэлектрической керамизш из цирконататитаната свинца путем формования заготовок из шихты, содержащей предварител ьно синтезированное соединение PbCTi,1)051 добавку- оксида трехвалентного хрома к пластификатор выжигания пластификатора и спекания без доступа воздуха, в качестве добавки в шихту до полнительно вводят оксид ше ШБалент ногчэ хрома при соотношении от 2:3 до 3:2, а выжигание ппастифика Tqpa проводят при -температуре 55О 650 С в течение 2.3 , причем при вы жигании пластификатора скорость подъема температуры составляет 14О-17О с Введение в состав модис}шгкат 5за оксИ да шестивалентного хрома СгО,, проведение процесса выжигания пластификатор щт НИ31ШХ (5 50-6 50 °С) температурах и зашита обжигаемого состава от атмос феры при высокотемпературном обжиге позволяют достасчь того, что соотношени между количеством ионов трехвалентного и шестивалентного хрома в готовом об™ разце соответствует заранее выбранной величине, что, в свою о чередь, приводит к повьш1еш1Ю стабильности характеристик образцов каадой партии. Кроме того, заметно возрастают значения льезомодуз1я-„ При мер. Взвешивают 342,2648 оксида свинца ( РЬО) марки глет, 100Д479 г оксида циркония (Zf-Oa ) марки «IIPO-K, 57,5873 г оксида титана ( Ti О 5ц ) марки конденсаторная , затем производят смешения оксидов в шаровой машьнице в течение 1 ч, после чего смесь брикетируют под давлением 700 кг/см и нагревают в течение 15 ч по 950°С, выдерживают при этой температуре 3 ч и охлаждают в течение 8 ч. Охлажденные брикеты подвергают 1 змолу в шаровой мельнице с добавлением 1,25 г оксида шестивалентного хрома и 1,25 г оксида трёхвалентного хрома, что соответствует соотношеншо масс указанных оксидов 1:1. Полученную массу пластифицируют 25 г 5%-нскго раствора поливинилового спирта, прессуют в заготовки, помешают в никелевые контейнеры, нагревают со скоростью 160 до и выдерживают 2 ч , После охлаждения контейнеры герметизируют и проводят окончательную термообработку: нагрев до 1230°С в течение 33 ч, 2,5-часовая .изотермическая выдержка и охлаждение в течение 16-17 ч. Аналогичнь1м образом готовят образцы и с другими соотношениями Q-O и Параллельно, проводят изготовление изделий из цирконата-титаната свинца по известному способу. Характеристики всех полученных изделий (с различным соотношениоу масс , и ,) при-ведены в табл. 1. Характеристики материала в зависимости от режима выжигания пластификатора приведены в табл. 2, Из данных, приведенных в табл. 1, видно, что (значения пьезомодуля имеют наибсяьшие, а значения дисперсии пьезомодуля - наименьшие, по сравнению с другими, величинь тогда, когда соотношение масс оксидов ь изменяется в пределах ог 2:3 до 3:2. Данные табл. 2 позволяют утверждать, что оптимальное сочетание электромагнитных параметров (высокий пьезомодуль и большая диэлеютрическая проницаемость) получаются у материала, кото рый при выжигании пластификатора нагревается со скоростью 140-170°С/ч до температуры 550-650 С и выдержива ется при этой температуре 2 ч. Если нагрев производится до температуры 500 С, выжигание пиастификатора идет крайне медленно, так как низка скорость его окисления, вследствие чего получается пьезокерамика низкого качества. Есгш лпасти4шсатор выжигается хфи температуре, 700 С и вьш1е, становится заметным процесс его разложения с образованием восстановительных комплексов, что, в конечном итоге может привести к восста. новлению ионов РЬ до .

Без CrOj, (в процессе термообработки появляются ионы Сг согласно Примечание. Формула изобретения 1. Способ изготовления пьезоэлектрической керамики из цирконата-оитаната свинца путем формования заготовок из шихты, содержащей предварительно син/тезированное соединение PbCT-iiZ) Oj i добавку оксида трехвалентного хрома и пласгафикатор, выжигания пластификатора и спекания без доступа воздуха, о т

Таблица 1 CtO .и содержатся по 0,25 вес. % каждый от обшей массы. ЛИчающийся тем, гго, с целью увеличения пьезомодуля я уменьшения его разброса в качестве добавки в шихту допошштещло вводят оксид шестивалентного хрома при соотнсоиении СИО ; 2 : 3 до 3 : 2, а выжигание пласти4икатера прс(водят при температуре 550 в течение 2-3 ч. 2. Способ по п. 1, от личаюШ и и с я тем, гго пои выжигании плао79489748

TB KKATOfa скорсктгь подъема темлерату-2.Niejezthteb КогеЕ А-А А StUdV О/

ры составляет 14О-17Ос/ч.phase Composition o tjpe PbCTi, x()0i

Источники информации,. ЬлКс Ъ 197б,Л.О,л/°3,p.J-f5.

принятые во внимание пря эксперггазе 5 3. Смажевская Е. Г., Фельдман Н. Б.

HesoetectHc cerarnic doped with