Пьезоэлектрический керамический материал

Изобретение относится к пьезоэлектрическим керамическим материалам и может быть использовано в вычислительной технике для создания матриц памяти запоминающих устройств. Техническим результатом изобретения является снижение коэрцитивной силы при сохранении достаточно высоких значений пьезоэлектрических параметров, в том числе точки Кюри не ниже 300°С. Указанный результат достигается тем, что пьезоэлектрический керамический материал, включающий PbTiO₃, PbZrO₃, PbW_1/2Cd_1/2O₃, дополнительно содержит PbW_3/5Li_2/5O₃ и Yb₂O₃ при следующем соотношении компонентов, мас.%: PbTiO₃ 36,19-36,58, PbZrO₃ 55,39–55,99, PbW_1/2Cd_1/2O₃ 2,43-2,80, PbW_3/5Li_2/5O₃ 4,66-5,00, Yb₂O₃ 0,36-0,60. 3 табл., 5 пр.

 

Изобретение относится к пьезоэлектрическим керамическим материалам и может быть использовано в вычислительной технике для создания матриц памяти, в сдвиговых регистрах, сенсорах, фильтрах, актюаторах, устройствах нано- и микросистемной техники.

Известен в отечественной промышленности серийный материал ЦТС-19 [1].

Однако, этот материал обладает большой коэрцитивной силой, ведущей к высокому напряжению записи.

Известен состав в системе [2].

Состав обладает достаточно низкой коэрцитивной силой , однако имеет невысокую температуру Кюри , что ведёт к снижению температурной стабильности коэрцитивной силы .

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению, который может быть принят за прототип является материал [3], представляющий собой трехкомпонентную систему, содержащую при следующем соотношении компонентов, вес. % :

или в сложных оксидах при следующем соотношении компонентов, масс. %:

Однако, составы этого материала с высоким коэффициентом электромеханической связи и высокой температурой Кюри имеют достаточно высокую коэрцитивную силу

Техническим результатом изобретения является снижение коэрцитивной силы при сохранении температуры Кюри не ниже 300°С и достаточно высоких значений электрофизических параметров .

Указанный результат достигается тем, что пьезоэлектрический керамический материал, включающий дополнительно содержит и при следующем соотношении компонентов, масс. % :

Известно использование в пьезокерамическом материале системы ЦТС [4].

Известно, использование в многокомпонентной системе на основе ЦТС [5].

Одновременное использование и в твердых растворах на основе цирконата-титаната свинца в ромбоэдрической фазе по литературным данным неизвестно.

В предлагаемом случае совместное использование этих добавок приводит к снижению коэрцитивной силы до 5,5 кВ/см при сохранении высоких значений электрофизических параметров и температуры Кюри выше 300°С.

Синтез составов предлагаемого материала осуществляется методом твердофазных реакций при температуре и для обеспечения полноты их прохождения проводится в две стадии. Оптимальные параметры выбранных составов получаются при следующих режимах синтеза, температурах: и , продолжительность 5 часов (на каждой стадии). Спекание проводится методом горячего прессования при и давлении 19,6 МПа, время выдержки 40 мин.

Ниже приведены примеры осуществления изобретения.

Получены составы, при следующих соотношениях компонентов:

Состав 1

Состав 2

Состав 3

Получены также составы:

Состав 4 (компоненты взяты в количествах, выходящих за заявляемые пределы)

Состав 5 (по прототипу)

Поляризация всех образцов проведена в полисилоксановой жидкости ПЭС-5 при температуре 140°С в течение 25 мин в поле напряженностью 35-40 кВ/см с последующим охлаждением под полем до 90°С в течение 20 мин.

В табл.1 приведены результаты исследования образцов системы:

Таблица 1.

Результаты исследования образцов системы

Значения исследованных составов приведены в таблице 2.

Таблица 2

Электрофизические параметры пьезокерамического материала.

Определение характеристик пьезокерамического материала проводилось через 5 суток после поляризации в соответствии с (1).

Как видно из таблицы 2, предлагаемый материал обладает значительно меньшими по сравнению с прототипом значениями коэрцитивной силы , при этом сохраняются достаточно высокие значения пьезоэлектрических параметров и точки Кюри. Примеры 4-5 табл.2 демонстрируют ухудшение свойств за пределами заявленной области концентрации: составы 4,5 имеют более высокие значения коэрцитивной силы.

В табл.3 приведены электрофизические параметры заявляемого материала, прототипа и промышленного аналога ЦТС-19.

Таблица 3.

Достигнутый уровень значений значительно более низкий, чем в прототипе и промышленном аналоге ЦТС-19, и значительно более высокая, чем у промышленного аналога, что делает его перспективным для эффективного использования в вышеупомянутых устройствах.

Литература

1. Новые пьезокерамические материалы / Е.Г. Фесенко, А.Я. Данцигер, О.Н. Разумовская. – Ростов н/Д: Изд-во Ростов. ун-та, 1983. – 156 с.

2. А.с. СССР № 1383719. Пьезокерамический материал. М. Кл. Н 01в 3/00 / Е.Г. Фесенко, А.Я. Данцигер, Г.М. Акбаева, В.С. Филипьев, О.Н. Разумовская // Заявл. 30.03.1986 г.

3. Pat. 1312140 (Great Britain). Oxide piezoelectric material/ N. Ichiose, H. Egaimi, K. Yokogama, Y. Tanno (Japan). – Publ. 1973.

4. Патент Японии № 5440760, H01L 41/18, 1979.

5. G.M. Akbaeva, A.Ya. Dantsiger, and O.N. Razumovskaya/ Ferroelectrics, Volume 154, Numbers 1-4(1994). P. 1139-1141.

Пьезоэлектрический керамический материал, включающий PbTiO₃, PbZrO₃ и PbW_1/2Cd_1/2O₃, отличающийся тем, что он дополнительно содержит PbW_3/5Li_2/5O₃ и Yb₂O₃ при следующем соотношении компонентов, мас.%:

PbTiO₃ 36,19 – 36,58

PbZrO₃ 55,39 – 55,99

PbW_1/2Cd_1/2O₃ 2,43 - 2,80

PbW_3/5Li_2/5O₃ 4,66 - 5,00

Yb₂O₃ 0,36 - 0,60