Пьезокерамический материал

Изобретение относится к области сегнетомягких пьезокерамических материалов, предназначенных для ультразвуковых устройств, работающих в режиме приема, различных пьезодатчиков. Пьезокерамический материал, включающий оксиды свинца, циркония, титана, стронция, висмута и германия, дополнительно содержит оксиды бария, кальция и гадолиния при следующем соотношении компонентов, мас. %: ZrO2 19,16÷19,90; TiO2 11,02÷11,90; SrO 0,14÷0,75; Bi2O3 0,22÷0,82; GeO2 0,10÷0,30; BaO 0,15÷0,75; CaO 0,15÷0,55; Gd2O3 0,20÷0,60. Технический результат заключается в том, что получен пьезокерамический материал с улучшенными электрофизическими параметрами: повышенной термостабильностью диэлектрической проницаемости Ktε33=(2,35-2,48)⋅10-3°С-1 с высокими ее значениями ε33=2081-2086. 2 табл.

 

Изобретение относится к области пьезокерамических материалов, предназначенных для ультразвуковых устройств, работающих в режиме приема, различных пьезодатчиков.

Одним из важных параметров пьезоэлектрических материалов является повышенная чувствительность к механическому напряжению, которая характеризуется пьезокерамическим коэффициентом gij. Для этого типа пьезокерамических материалов присущи высокие значения пьезомодулей и относительной диэлектрической проницаемости ε33.

Стабильность работы пьезодатчиков при изменении внешней температуры определяется температурной стабильностью относительной диэлектрической проницаемости, которая оценивается температурным коэффициентом относительного изменения диэлектрической проницаемости Ktε33:

К материалам, сочетающих высокие значения относительной диэлектрической проницаемости с высокой термостабильностью относятся пьезокерамические материалы системы цирконата титаната свинца (ЦТС). Из зарубежных материалов системы ЦТС известны марки PZT-5A (США) [Каталог фирмы «Uerizon», США], АС-900 (Япония) [Каталог фирмы «Hayashc» chemical Jndustzy Co. LTD. Япония] и др. Отечественные пьезокерамические материалы такого класса представляют ЦТС-19, ЦТС-26 [Материалы пьезокерамические. Технические условия. Отраслевой стандарт ОСТ 110444-87, М., 1987, стр. 16] и др. Относительно высокая температура точки Кюри пьезокерамических материалов обеспечивает широкий интервал рабочих температур и температурную стабильность электрофизических свойств.

В таблице 1 приведены основные электрофизические параметры и температурные коэффициенты относительного изменения диэлектрической проницаемости Ktε33 в интервале температур ±60°С известных пьезокерамических материалов. Как видно из таблицы 1, все материалы данного класса имеют довольно близкие значения пьезоэлектрической чувствительности gij. Однако материалы характеризуются различными значениями относительной диэлектрической проницаемости ε33, температурного коэффициента относительного изменения диэлектрической проницаемости Ktε33. Причем материалы, обладающие более высокими значениями диэлектрической проницаемости, характеризуются меньшей термостабильностью, т.е. более высокими значениями температурного коэффициента относительного изменения диэлектрической проницаемости. Следовательно, известные материалы не обладают сочетанием высоких значений диэлектрической проницаемости и ее термостабильности.

Известен сегнетомягкий пьезокерамический материал [патент РФ №2288902 МПК С04В 35/491, опубл. 10.12.2006 г.], изготавливаемый по керамической технологии. Пьезокерамический материал содержит оксиды свинца, циркония, титана, стронция, вольфрама, висмута, кадмия и никеля.

Также известен пьезокерамический материал [патент РФ №2557278 МПК С04В 35/491, опубл. 20.07.2015 г.], изготавливаемый по керамической технологии, и содержащий оксиды свинца, стронция, натрия, висмута, циркония и титана.

Недостатками данных материалов являются высокие значения температурного коэффициента относительного изменения диэлектрической проницаемости, что является причиной низкой термостабильности диэлектрической проницаемости.

Наиболее близким к заявляемому пьезокерамическому материалу по химической композиции и пьезосвойствам является принимаемый за прототип пьезокерамический материал, включающий оксиды свинца, циркония, титана, стронция, вольфрама, висмута, никеля, кадмия и германия при следующем соотношении компонентов, мас. % [Патент РФ №2514353 МПК С04В 35/491, опубл. 27.04.2014 г.]:

PbO 62,90÷64,08
ZrO2 18,96÷20,10
TiO2 10,85÷11,63
SrO 1,53÷2,64
WO3 0,34÷0,62
Bi2O3 1,01÷1,86
Ni2O3 0,08÷0,23
CdO 0,59÷1,18
GeO2 0,2÷1,0.

Однако известный материал также не обладает сочетанием высоких значений диэлектрической проницаемости и ее термостабильности.

Цель изобретения - получение пьезокерамического материала с улучшенными электрофизическими параметрами: повышенной термостабильностью диэлектрической проницаемости с высокими ее значениями.

Поставленная цель достигается тем, что пьезокерамический материал, включающий оксиды свинца, циркония, титана, стронция, висмута, германия, дополнительно содержит оксиды бария, кальция и гадолиния при следующем соотношении компонентов, мас. %:

PbO 66,05÷67,24;
ZrO2 19,16÷19,90;
ТiO2 11,02÷11,90;
SrO 0,14÷0,75;
Bi2O3 0,22÷0,82;
GeO2 0,10÷0,30;
BaO 0,15÷0,75;
CaO 0,15÷0,55;
Gd2O3 0,20÷0,60.

Таким образом, отличительными признаками изобретения являются то, что в пьезокерамический материал дополнительно введены оксиды бария, кальция и гадолиния. Введение оксида гадолиния замедляет процессы рекристаллизации зерен при спекании и обеспечивает формирование мелкозернистой структуры, что повышает температурную стабильность диэлектрической проницаемости, а введение оксидов бария и кальция позволяет повысить плотность материала путем активирования процессов спекания, тем самым обеспечить необходимую диэлектрическую проницаемость материала, что положительно сказывается на пьезочувствительности материала.

ПРИМЕР:

Предлагаемый материал согласно формуле изготавливается по обычной «керамической» технологии, включающей операции смешения исходных компонентов, синтез пьезокерамической шихты из полученной смеси компонентов, измельчения синтезированной шихты, введения связки в шихту и ее гранулирование, прессование заготовок и спекание. Для сравнения изготавливался материал по прототипу.

В качестве исходных компонентов предлагаемого материала использовались оксиды и карбонаты: PbO - глет свинцовый марки «Г-2», TiO2, ZrO2, SrCO3, Bi2O3, GeO2, ВаСО3, СаСО3, Gd2O3 квалификации «хч». Смешение компонентов производилось мокрым измельчением в планетарной мельнице с шарами из оксида циркония в течение 180 минут, после сушки шихта подвергалась температурной обработке при Т=800°С в течение 2 часов, после чего синтезированный материал подвергался помолу в планетарной мельнице с шарами из оксида циркония в течение 180 минут до дисперсности Sуд=550 м2/кг на приборе ПСХ-4.

Аттестация качества синтезированного материала осуществлялась на отпрессованных при давлении Руд=100 МПа стандартных образцах размером 25×3 мм. Спекание этих образцов проводили при температуре Т=1170-1180°С в течение 4 часов в засыпке, обеспечивающей атмосферу паров окиси свинца. На отшлифованные по толщине и диаметру образцы до размера 20×1 мм наносили серебряную пасту, которую вжигали при температуре 820°С. Образцы поляризовали в воздушной среде при Т=250°С в постоянном электрическом поле напряженностью 2 кВ/мм. Определение электрофизических параметров проводилось в соответствии с [Материалы пьезокерамические. Технические условия. Отраслевой стандарт ОСТ 110444-87, М., 1987, стр. 16].

В таблице 2 приведены основные электрофизические характеристики предлагаемого материала в зависимости от состава, полученные усреднением измерений характеристик 10 образцов с каждой партии. Полученные экспериментальные данные свидетельствуют о том, что предлагаемый пьезоэлектрический материал обладает оптимальными, с точки зрения решаемой задачи, характеристиками в интервале величин компонентов, указанных в формуле изобретения (составы №3-5 табл. 2). В сравнении с пьезокерамическими материалами ЦТС-19 и PZT-5A (табл. 1 и 2), полученный материал имеет более высокую термостабильность (низкие значения температурного коэффициента относительного изменения диэлектрической проницаемости Ktε33) и высокие значениями диэлектрической проницаемости ε33.

Перечисленная совокупность отличительных признаков позволяет создать пьезокерамический материал с улучшенными электрофизическими параметрами: повышенной термостабильностью диэлектрической проницаемости Ktε33=(2,35-2,48)⋅10-30°С-1 с высокими ее значениями ε33=2081-2086.

Пьезокерамический материал, включающий оксиды свинца, циркония, титана, стронция, висмута, германия, отличающийся тем, что он дополнительно содержит оксиды бария, кальция и гадолиния при следующем соотношении компонентов, мас. %:

РbО 66,05÷67,24
ZrO2 19,16÷19,90
ТiO2 11,02÷11,90
SrO 0,14÷0,75
Bi2O3 0,22÷0,82
GeO2 0,10÷0,30
BaO 0,15÷0,75
CaO 0,15÷0,55
Gd2O3 0,20÷0,60



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к получению пористых пьезокерамик для ультразвуковых преобразователей, работающих в диапазоне частот 0,1…2000 кГц. Сущность способа заключается в том, что порошок исходного синтезированного пьезокерамического материала смешивают с двухкомпонентным порообразователем, в качестве первой части которого используют порошок предварительно обожженного и размолотого того же самого исходного пьезокерамического материала, а в качестве второй части порообразователя используют выгорающий порообразователь в виде древесной муки с размером основной части частиц 10÷180 мкм.

Изобретение относится к технологии пьезоэлектрической керамики и может быть использовано при изготовлении керамики на основе ниобата-цирконата-титаната свинца для ультразвуковых устройств, различных пьезодатчиков.

Изобретение относится к технологии получения пьезокерамического материала ЦТС-19, который может быть использован в качестве пьезоактивной составляющей композиционных материалов со связностями 1-3 и 3-3, используемых в приемной аппаратуре в гидроакустике и медицине.

Изобретение относится к области сегнетомягких пьезокерамических материалов, предназначенных для ультразвуковых устройств, работающих в режиме приема, различных пьезодатчиков, а также для устройств монолитного типа, таких как многослойные пьезоэлектрические актюаторы.

Изобретение относится к способу изготовления керамических пьезоматериалов из нано- и ультрадисперсных порошков фаз кислородно-октаэдрического типа, содержащих в позиции (В) ионы титана (IV), ниобия (V), циркония (IV), вольфрама (VI).

Изобретение относится к области производства пьезокерамических материалов, предназначенных для изготовления излучателей и приемников ультразвука, электромеханических преобразователей.
Изобретение относится к области пьезокерамических материалов, предназначенных для изготовления многослойных ультразвуковых устройств в виде слоистых гетероструктур, являющихся основой различных пьезодатчиков (давления, медицинской диагностики, эмиссионного контроля гидроакустической аппаратуры и т.д.), работающих в режиме приема.

Изобретение относится к области сегнетомягких пьезокерамических материалов широкого применения, предназначенных для изготовления ультразвуковых устройств, работающих в режиме приема, пьезодатчиков различного назначения, а также для изготовления многослойных пьезокерамических элементов: актюаторов, биморфов и др., которые находят применение для контроля и точного позиционирования технологического оборудования в микроэлектронном производстве, для стыковки и подстройки оптических волокон, при автоюстировке и подстройке лазерных зеркал интерферометров, для управления лазерным лучом в различных системах.

Изобретение относится к области химического синтеза металлосодержащих растворов сложного состава, включающих как алкоксидные, так и карбоксилатные производные металлов, применяемых для получения оксидных твердых растворов с использованием золь-гель технологии, а именно к способам приготовления безводных пленкообразующих растворов для формирования сегнетоэлектрических пленок цирконата-титаната свинца с низкой температурой кристаллизации и может быть использовано в технологии микроэлектроники и, в частности, для производства энергонезависимых радиационно-стойких сегнетоэлектрических запоминающих устройств.
Изобретение относится к керамическому материалу, содержащему цирконат-титанат свинца и дополнительно включающему Nd и Ni, и может быть использовано для изготовления пьезоэлектрических возбудителей.

Изобретение относится к области промышленных строительных материалов, и может найти применение при ведении ремонтных работ в зоне переменного уровня воды плотин, каналов, мостов и других гидротехнических сооружений, и касается состава цементно-полимерной бетонной смеси для ремонта гидротехнических сооружений.

Изобретение относится к области материалов для электронной техники, а именно к алюмооксидной керамике, используемой при изготовлении деталей СВЧ-приборов. Корундовую керамику получают из шихты, которая содержит электроплавленный корунд, оксид магния, оксисоль алюминия, легированную пентаоксидом ванадия при следующем соотношении компонентов, маc.%: оксид магния 0,08-0,30, оксисоль алюминия 1,5-3,0, пентаоксид ванадия 0,011-0,045, электроплавленный корунд – остальное.

Изобретение относится к области получения высокоплотной керамики на основе тетрагонального диоксида циркония и может быть использовано в качестве износостойких изделий, режущего инструмента, керамических подшипников, а также имплантатов для замещения костных дефектов.

Группа изобретений относится к способу получения минеральной вяжущей композиции, в частности композиции бетона или строительного раствора. В способе получения минеральной вяжущей композиции, в частности композиции бетона или строительного раствора, предпочтительно имеющей плотность ≥1,0 кг/дм3, по меньшей мере один минеральный вяжущий материал смешивают с водой и при этом до и/или во время указанного смешивания минеральной вяжущей композиции вводят воздухововлекающий агент, представляющий собой смесь, содержащую восстанавливающий агент в форме частиц со средним диаметром частиц менее 25 мкм 0,1-10 мас.%, по меньшей мере один наполнитель, в частности карбонат кальция, 90-99,9 мас.%.

Изобретение относится к строительным материалам и может быть использовано в качестве комплексной добавки в растворную смесь при производстве пенобетонов. Комплексная добавка для пенобетонной смеси содержит, мас.%: пенообразующую добавку на протеиновой основе 75-80, красную кровяную соль 20-25.

Изобретение относится к строительным материалам и может быть использовано в качестве комплексной добавки в растворную смесь при производстве пенобетонов. Комплексная добавка для пенобетонной смеси содержит, мас.%: пенообразующую добавку на протеиновой основе 22-27, золь берлинской лазури 73-78.
Изобретение относится к области получения технических керамических материалов и направлено на получение мишеней-таблеток моносульфида самария, которые используют для магнетронного метода напыления микро- и нанопленок моносульфида самария как чувствительных элементов полупроводниковых тензодатчиков.

Изобретение относится к области дорожного строительства и может быть использовано для производства асфальтобетонной смеси, применяемой в качестве конструктивных слоев дорожной одежды.
Изобретение относится к производству строительных материалов, а именно к способам изготовления известняковых строительных материалов и может быть использовано для изготовления стеновых материалов.

Настоящее изобретение относится к гидравлическому вяжущему, содержащему в частях массовых: (a) 40-70 частей портландцементного клинкера; (b) 30-60 частей зольной пыли; (c) необязательно до 30 частей неорганического материала, иного, чем клинкер или чем зольная пыль; (d) 2,5-15 частей сульфата натрия, выраженных в частях эквивалентов Na2O, по отношению к 100 частям зольной пыли; и (e) 2-14 частей сульфата кальция, выраженных в частях SO3, по отношению к 100 частям клинкера; зольная пыль, имеющая значение Dv97, равное или меньшее чем 40 мкм, и сумму значений (a), (b) и (c), равную 100.

Изобретение относится к области сегнетомягких пьезокерамических материалов, предназначенных для ультразвуковых устройств, работающих в режиме приема, различных пьезодатчиков. Пьезокерамический материал, включающий оксиды свинца, циркония, титана, стронция, висмута и германия, дополнительно содержит оксиды бария, кальция и гадолиния при следующем соотношении компонентов, мас. : ZrO2 19,16÷19,90; TiO2 11,02÷11,90; SrO 0,14÷0,75; Bi2O3 0,22÷0,82; GeO2 0,10÷0,30; BaO 0,15÷0,75; CaO 0,15÷0,55; Gd2O3 0,20÷0,60. Технический результат заключается в том, что получен пьезокерамический материал с улучшенными электрофизическими параметрами: повышенной термостабильностью диэлектрической проницаемости Ktε33⋅10-3°С-1 с высокими ее значениями ε332081-2086. 2 табл.

Наверх