Пьезоэлектрический керамический материал

 

ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ КЕРАМИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ, включшоций , Li-jO, SrO, отличающий с я тем, что, с целью увеличения механической прочности, скорости о звука, удельного объемного сопротив:Ления и снижения температуры спекания , он дополнительно содержит при следушаем соотношении ко поненгов , мас.%: NaftO16,43-16,54 1,12-1,14 LijO 80,91-81,50 КЪ,0, Згб 0,70-0,72 0,11-0,83 VjOy

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

NUN

РЕСПУБЛИН

6% (11) ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (54 ) (57) ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ KEPANHCECKHA MATEPHAJl включакиций Ns О, Ьх О, Nb<+ SrO, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью увеличения механической прочности, скорости ь звука, удельного объемного сопротивления и снижения температуры спека ния, он дополнительно содержит V>G при следующем соотношении компоненros„ мас.Ъ!

Ns 0 16,43-16,54

Ь| О 1, 12-1,.14

Nb О> 80,91-81,50

Яго 0,70-0,72

Ч 10 0,11-0,83

„21) .3520704/29-33 (22).13.12.82 (46) 15.02 ° 84 ° Бюл. Р 6 (72) Е.Г.Фесенко, О.Н.Разумовская, Я.Д.Гринева, Л.А.Резниченко, Л.С.Иванова, А.В.Шафиев и В.П.Зацаринный (71) Ростовский ордена Трудового

Красного Знамени государственный университет (53) 666.655(088.8) (56 ) 1. Авторское свидетельство СССР . Р 642274, кл. С 04 В 35/00, 1976.

2. Авторское свидетельство СССР

9 694478, кл. С 04 В 35/00, 1978 (прототип).

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

1073221

Изобретение относится к пьезоэлектрическим керамическим материалам и может быть использовано для . создания высокочастотных электромеханических преобразователей, основанных на явлении пьезоэлектричества, в частности в ультразвуковых линиях задержки, а также для создания элементов. применяемых в тех областях техники, где требуется высокое отношение прочности к плотности материала.

Известны сеГнетоэлектрические пьеэоматериалы на основе твердых растворов метаниобатов щелочных металлов, пригодные для использования в высокочастотной технике. Так, например, материал имеет диэлектрическую проницаемость f /fp= 170-595, коэффициент электромехайической,связи К р = 0,102-0,248, скорость звука V = (4,83-5,83 . 10 гл/с, механическую прочность на растяжение =(51,1-56,0)-10 6 Па (1г.

Однако укаэанные материалы обладают недостаточно низкой диэлектрической проницаемостью.

Наиболее близким к предлагаемому является материал (2), содержащий

Ма.ИЬОЗ, LiNbO>, SrO в следующем соотношении. мол.Ъ: йаБЬО 85,53-87,24

LiNbO 12,22-12,46

SrO 0,30-2,25

Лучшие составы этой системою имеют низкие значения диэлектрической проницаемости . / Fp = 110 123 в сочетании с довольно высоким коэффициентом электромеханической связи K О =

0,183-0,225. Однако скорость звука Vя - (5г79 500 ) „ 10 3 м/с и удельное объемное сопротивление5>(100 С) = 1,5 ° 10"", Ом см недостаточно высоки. Кроме того, указанный материал имеет низкое значение мэ«. ханической прочности,брас, р= (48-50): 10 Па и высокую температуру спекания (1190 C ) .

Целью изобретения является увеличе ние механической прочности, скорости з вука, удельного объемного сопротивления и снижение температуры спекания.

Поставленная цель достигается тем, что пьезоэлектрический керамический материал, включающий Na О, NbZ O Sr 0, дополнительно держит vz0 при следующем соотношении компонентов, мас.%:

На O 16,43-16,54

Ь120 1,12-1,14

NbgOg 80,91-81,50

SrO 0,70-0,72

v О 0,11-0,83

В табл. 1 приведены примеры 1-4 ! конкретного выполнения составов предлагаемого материала. и их электрофизические параметры.

Синтез осуществляется по обычной керамической технологии двухкратным. .обжигом: . температура T 800" С, Tz = 850с, продолжительность с 1

5 ч, tz =, 5 ч. Спекание проводится методом горячего прессования по следующему режиму: температура 10451100сС, давление 200 кг/см, время выдержки 40 мин.

Поляризация образцов производитто ся в силиконовом масле при 140 С в течение 45 мин в поле напряженностью (50-70) KB/см с последующим охлаждением под полем до 90 С.

Кчк видно из табл. 1 введение

15 (0,11-0,83) вес.% v о повышает механическую прочность d p= (59,8 "

6 рост.р

-68, 3 ) ° 10 Па, увеличивает скорость звука Ч . (5,87 -5,91 ). 103 м/с и удельное объемное сопротивление

7П pv = (5 -10"" - 1-10 ) Ом см. При этом материал имеет довольно высокие значения K р = 0,189-0,202, О = 500-1160 и достаточно низкие м т значения Е >> / Ep = 125-140.

25 Материал имеет также высокую температуру Кюри Т = (308-328) C.

Примеры 5 и 6 демонстрируют ухудшение свойств за пределами предлагаемой области концентРаций V 05. На30 рушение указаннт х пределов йрйводит к повышению я /Г, снижению v

33

Ь ро ст. р .

Сочетание в предлагаемом материале повышенных значений 6 остр, VN

35 Ум с "иэкими значениями езэ /Еа ° достаточно высокими значения K р, Т является весьма благоприятным для создания пьезопреобразователей, работающих в высокочастотном диапазоне. При этом обеспечивается улучше4О ние характеристик ультразвуковых устройств, упрощаются схемные решения, увеличивается прочность и на.дежность объектов. 6 рост. р

Повышенные значения

45 ЗПа .р 13,1-15,7) 10 ----- предлагаемого кг/м> материала позволяют применить его в специальной ракетно-ядерной технике.

Пониженная температура спекания обес5g печивает лучшую воспроизводимость совйств и повышает технологичность

-. :предлагаемого материала.

Как видно из табл. 1, наиболь.шей прочностью обладает состав 1, 55 у .которого 6 p = 68,3 10 Па.

Сочетание наиболее низкого Е /Е т

125 с наиболее высокими значениями

К, = U = 5,91,10 м/с достигается в составе 3, при этомЬ рост.р= 65,5; 10 Па, p> = 7. 101 Ом см, (при . 100 С) .

В табл. 2 приведены электрофизнческая и технологические параметры прототипа и предлагаемого материала.

1073221

О

Ю н

Ю

Ю

Ю н

Ю н(Ю

%-4 ( с аА н

EO с

Ю и

РЪ с

М) ь с

ОО cF

C) и

CO г

О н с»

С>

Н( е !

Ю н н

О

Ch

Ю н

О

C) а

О

Ю (с

CO с

IA н4

0 с в

00 с л

Ch

00 н4 с

Ю

СЧ

C)

СЧ с Ю аА.

Ch н с

СЧ с

Cf (Ч с

Ю и

СЧ

Р ) 00 (Ч

РЪ

CO

Ю

РЪ

I 1

I мъ I .(о

° М

1 ь. I

1 I

I 1

1 1

I I

I Ю I

I. (. 1

I и 1

I 1

dCl 3 — — — 3

O I

Ф(c:, I

3 1 сЧ I

1 д I

I и 1

2 I t

Я (3

lt(1 I

Еi 1 I

Otal (О(O I Э

t 1

;Ф

I . 1

1 1 ! о

1 сЧ . I

1 II(-. 1

1 Ф 1

I 1

l 1 н н с

О (с..ч с

C) Г 3

CO с

Ю аА с

an IO с н4 (Ч

3 с с

4Ч

3 с с

Ю н( (с с

C) Ю (с с

C) н( ( с

Ю аА с н4

- г< (с м н( Ф н с н

° Ф

<Ч с О

С0 н

Ch с

Ю

Г Ъ н с

Н( Ч н с

1-4 (Ч н с н(Ю сО с ао н

° Ф е аО н I (I

1

1

g (» 1

1 . о

gI

I ., I

1 (I

l

1 !

I (I

1

t (I (1

1

I

1

I

l1 ° .t

I

1

1

1

I

1

I

r

I

l

I

I

I

1

I

1

I I

1

1

1

1

1

I

1

I

I

-1

I

I 1 с

1 р 3 ,I u0 I, Ро

11

1 :Г-» — 1! Ю I ! Ю 1

t н !

1 Са. 1 1

1 . . XI 1

I ° -I r-s 3

BIO(X

I )1 (1 Ь 1

I yIC(1

I а. » I ! .3

1 — Ч

I 1

u I

-rO

1 ОЮ(;(О Ю!

1 3н(1 о-3 I

3(, I

Нс! !!

jI

33 1

ll,i с

nl

П 1

I o

Э 1 о

33 1 Ф, O I:>Е

Э (I

Р 1 м !.

6) 1 и

В I 401

Х I «М 1

Э I I ( (, l (1

ITI 1,3 с о ! O

1 I

Ю а (е

Ю, О н

Ю Ю а н и

aIl

Ю I н4 1

1 (Ю с

СЧ

r-I

1 .

Ю с

aA I м 1

1

o I н(1

Ю

Ю 1

1

00! с

aIl I

1 с

Ю 3 н

Ю н

< Ъ

aIl 1

Ю с

Ю

01 I

%О 1 с

Ю 1

Чi I ID 1 с 1 н(1 ао 1

1

Ю с н I

1

3

1

) 1О

10732а1

Т а б л и ц а 2 .мгююм L ююю мююю ю ев °

Параметры

Прототип

Предлагаемы материал

110-129

0 136-0,225

Кр

5,58-5,86 (48,0-50р0! (10,5-11,0!

500-1160

5;10 - 1 .10

1045-1100 р, Ом "см

Tight

П р и м е ч а и и е. Измерения Влектрических дараметров проводились в соответствии с ГОСТ 12370 72.Предел механической прочности при статическом растяжейии определяют методом диаьетрального сжатия дисков плоскими штампами.

Составитель Н. Фельдман

Техред Т.Фанта Корректор Ю.Макаренко

Редактор Т.Веселова

Заказ 263/20 Тираж 606. Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Иосква, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г.Ужгород, ул.Проектная, 4

U,10, м/с

WeTp10 Па

4 м.r -Ф Па < м

p кг

904-1338 (1,5-1,7 J; 10

1190

125-140

0,189-0,202

5,87-5,91

59,8-68,3

13,1-15,7