Пьезоэлектрический керамический материал

 

Использование: электронная техника, изготовления пьезоэлектрических преобразователей . Сущность изобретения: пьезоэлектрический керамический материал содержит компоненты при следующем соотношении , мас.%: 34,932-46,110 PbZrOs; 30,563-40,344 РЬТЮз; 9,505-12,546 Ко,5 Bio.sTIOs; 1,000-25,000 PbNb2/3 Zm/зОз. 1 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)я С 04 В 35/00, 35/49

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4868879/33 (22) 01.08.90 (46) 07,05,92..Бюл. № 17 (71) Воронежский политехнический институт (72) С.А.Гриднев, Н.Г.Павлова, О.П.Федоров и С.П.Рогова (53) 666.655(088,8) (56) Авторское свидетельство СССР № 936495, кл. С 04 В 35/46, 1980.

Авторское свидетельство СССР

¹ 1114662, кл. С 04 В. 35/49, 1983.

Изобретение относится к области физического материаловедения и может быть использовано в электронной технике при изготовлении пьезоэлектрических преобразователей — приемников акустических колебаний, вибраций, быстропеременных давлений.

Известен пьезоэлектрический керамический материал, представляющий собой поликристаллический твердый раствор

0,7РЬЕГОз + О,ЗКо,5В1о,БТ10з, характеризующийся высокими значениями пьезомодулей (бзз = (100 — 200) 10 " Кл/Н, бзик = (20 — 50) 10

Кл/Н). Однако он имеет. мал ю ельную пьезочувствительность (с133/ я зlfp =(3,244,32) 10 12 Кл/Н) и относительно небольшую анизотропию пьезомодулей (бзз/da1 = 3-4).

Наиболее близким к предлагаемому материалу является материал, представляющий собой поликристаллический твердый раствор, — (О,ЗКо,БВ1о,5Т10з+ 0,7РЬЕГОз) +

+ 0,7РЬТ10з. Он имеет высокие значения пьезоэлектрических характеристи (dW =

= 50 10 12 Кл/Н; с1зз = 100 10 Кл/Н) ,,, Ы,, 1731761 А1 (54) ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ КЕРАМИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ (57) Использование: электронная техника, изготовления пьезоэлектрических преобразователей. Сущность изобретения: пьезоэлектрический керамический материал содержит компоненты при следующем соотношении, мас. : 34,932 — 46,110 PbZr03;

30,563 — 40,344 РЬТ10з; 9,505-12,546 Kp,Б

В1о,Б Т10з; 1,000 — 25,000 РЬМЬ2/з 2 1/ЗОз.

1 табл.

Недостатками известного материала являются небольшое значение пьезочувствительности (бзз/Vgg/ео = 7,25) и малая анизотропия пьезомодулей (бзз/бз = 2).

Цель изобретения — повышение анизотропии пьезомодулей и удельной пьезочувствительности.

Указанная цель достигается тем, что пьезоэлектрический керамический материал, включающий Ко5В!о,5Т10з, PЬЕГОз, РЬТ10з, дополнительно содержит

РЬЙЬузЕп1/зОз при следующем соотношении компонентов, мас. :

РЬЕГОз 34,932 — 46,110

РЬТ10з 30,536 — 40,344

Ко,5В1о,5Т10з 9,505 — 12,546

РЬИЬ2/з2п1/ЗОз 1,000 — 25,000

Синтез составов осуществляется по обычной керамической технологии в две стадии. В качестве исходных компонентов используют следующие реактивы; PbO ч.д.а.; 7102 ч.д.а Ä Zã02 ч.д.а.; В 120з хч; КрСОз ч; и Ь205 ч.д.а.; ZnO ч.д.а. Температура синтеза составляет 900 С, продолжительность син1731761

40

50

55 теза 3 ч, Спекание образцов производят при температуре 1220 С в течение 1 ч. Скорость подъема температуры не более 200 С в час.

Охлаждение производят в режиме выключенной печи до комнатной температуры.

Металлизацию образцов производят путем вжигания скипидарной серебряной пасты при температуре 800 С в течение 30 мин.

Поляризацию образцов проводят в полисилоксановой жидкости при температуре

140 С и напряженности электрического поля 1,6 кВ/см. Охлаждение образцов до комнатной температуры ведут под полем.

Измерения диэлектрических и пьезоэлектрических параметров полученного материала производят через 24 ч после поляризации на образцах в форме диска диаметром 10 мм и толщиной 1 мм.

B таблице приведены составы предлагаемого пьезоэлектрического материала, а также состав материала, взятого за прототип (пример 1), и основные их электрофизические свойства.

Как видно из таблицы, предлагаемые пьезокерамические составы в примерах 3 — 8 с добавкой PbNbz/aZn1/aOg в количествах от

1,0 до 25,0 мас. обладают более высокими значениями анизотропии пьезомодулей (озз/d31 = 4,2-6,5, дельной пьезочувствительности (бзз/ з/ео = (7,33 — 8,12) 10

Кл/Н) при сохранении высоких пьезоэлектрических характеристик (оз1 = (26 — 47) х х 10 Кл/Н); без = (146 — 200) 10 Кл/Н; (kvQm/tg д) 10 = 0,810 — 1,948).

По сочетанию параметров состав по

5 примеру 5 является наиболее эффективным: аз) = 26 10" Кл/Н; бзз = 169 10" Кл/Н;

dp/dç1 = 6,5; бзз/Vga/ео = 8,12 10 Кл/Н;

kgQm/Щ д = 1,03 10; Тк = 360 С.

Полученные материалы имеют высокое

10 значение удельного электрического сопротивления (p =(1,51 — 3,77) )p " . Ом/см), низкие значения тангенса угла диэлектрических потерь (tg д = 6,6 10з — 2,99 10 ) и большую механическую добротность (Qm =

15 = 142,5 — 295,5).

Полученные материалы могут быть использованы в электронной технике в качестве высокоэффективных электромеханический преобразователей-приемников.

20 Формула изобретения

Пьезоэлектрический керамический материал, содержащий РЬ2п Оз, Р ЬТ! Оз и

Ko,üB)o,üT!0ç, отличающийся тем, что, с целью повышения анизотропии пьезомо25 дулей и удельной пьезочувствительности, он дополнительно содержит РЬЙЬг/з2п /зОз при следующем соотношении компонентов, мас. :

РЬ2гОз 34,932 — 46,110

30 РЬТ!Оз 30,563 — 40,344

Ко иВо вт(Оз 9,505-12,546 р щ Ьг/з2п1/зОз 1,000 — 25,000

1731761 (p 1

I C1 1

I 1

1 I

I E3

1 бо !с

I 1 I

C4 -1 CC

<С Iu

1 I

1 1

1

433

1 (t 43

I D I O

I ! с4

I О

1

1 р

1 1 Р

1

I » (3!

1 Р I

1 I! — „.— -!

1 1

1

I р I! ц,> Х!

14 Сб

I !14 4С

1 «! I

1 р! 1

1 1

1 3

I 1

I 1

1 44 I

I I

1 I

I Сб I

1 1

I I

1 1! c4

О Z I! л !

1 а 1

РЗС .

1»< ъ 1

3 1

1 1

1 1

1 I

1 (4 1

1 I

1 O Z

1 I С I (сс

I 1

1 I

1 1

1 Г I о„ 1

1 ф

1 1

33 1

1 р 1

I I

1 а !

I .0 1

1 0 I

1 1

I I

1 .I i! о

1 4 !

3» I

Чб

1 1 р 1

1 H I! р

1 1 3

1 р 1! ы

1 I

1 1

1 I

I I

4Р

1 ° (((u о

1 1 ° Л I

7 д р»

<С 1 I

I б (3 1 1

Сб 1

О I Q 1

1 3< I

3»3

I I 0 1

I <3»

1 1

I I

s a а 43

X 1

NWDOCOO(0

Г М М-Р О Г

rlcOo moo

ОООО! 3

<0 0 3((3((О-С М(Г(МО <Ч (Ч МММ

C(3 (31 <Г(О.0<000 D

Г4

С!

Об< О

1 (Г\»

»-С О-Р <О М а Г- Т Ло(0 4) М Л 0 0 IC<

1

1

ООО - 1

1

I

1

1

3(б бсб М С4 РО С4

С4 0 М- 0 0 Гб

ЛC W(0 ЛЛ<.

1

0ОСООВ 0М г» сО ((3 О \ CO 1

ВМММММ<3

OOOOOOO1

I

О О О 1

Г (,Г< 3(б 1 (О 0 (О I

4< М 3(б I

34 Г Л I (3 NС» I

ООООООО 1

1 о. (0 I

О Ю»3 I

I .

1

I

O OO(0 WenW (МГ\ 4М» 1

1

1

О О 1 (О 33 1

N I

1

1

М<0 М 03<0 Р \ 1 (-тCO МО М<43 (О <Г(.Р О -Т D 1

«<Г< 1 (4N<4N О 1

О !

I

I

ОООCOVС»D 1

Р. -Т ММММ 1

1

1 (О O Л Л Со О N 1 л Л- <О сс3 1

0(0<30(NO(!

1.0 (О <ГЪ -Р --Р

-т-т =р мм

I (3 М-Р 3(б .(3 W I