Состав засыпки для спекания сегнетопьезоэлектрического керамического материала на основе ниобата натрия



Состав засыпки для спекания сегнетопьезоэлектрического керамического материала на основе ниобата натрия
Состав засыпки для спекания сегнетопьезоэлектрического керамического материала на основе ниобата натрия
Состав засыпки для спекания сегнетопьезоэлектрического керамического материала на основе ниобата натрия
Состав засыпки для спекания сегнетопьезоэлектрического керамического материала на основе ниобата натрия

Владельцы патента RU 2767817:

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Южный федеральный университет» (RU)

Изобретение относится к технологии изготовления сегнетопьезоэлектрических керамических материалов (СПКМ) на основе ниобата натрия. Состав засыпки для спекания СПКМ на основе ниобата натрия, включающий Al2O3 и добавку, в качестве добавки содержит порошкообразную закись марганца MnO и карбонат марганца MnCO3 при следующем соотношении исходных компонентов, масс.%: Al2O3 80-85, MnO 7,5-10,0, MnCO3 7,5-10,0. Техническим результатом является снижение температуры спекания при горячем прессовании керамического материала на основе ниобата натрия, а также повышение его механической прочности (σ) и механической добротности () и сохранении комплекса диэлектрических (, ), пьезоэлектрических (, ) и сегнетоэластических () характеристик, присущих данному материалу, спеченному традиционным способом. 1 ил., 2 табл.

 

Область техники

Изобретение относится к технологии изготовления сегнетопьезоэлектрических керамических материалов (СПКМ) на основе ниобата натрия и может быть использовано для создания высокоэффективных материалов широкого спектра действия с заданными свойствами.

Уровень техники

Группа бессвинцовых материалов на основе ниобатов щелочных металлов обладает рядом уникальных свойств, не реализуемых в ЦТС (Pb(Ti,Zr)O3)-составах. Достоинствами таких СПКМ являются высокая скорость звука, определяющая высокочастотный (ВЧ) диапазон эксплуатации преобразователя, а также возможность получать заданную частоту на менее тонких пластинах, что упрощает технологию изготовления ВЧ-устройств за счет возможности увеличения их резонансных размеров; низкая экспериментальная плотность, приводящая, с одной стороны, к значительному снижению веса изделий, а, с другой, - к уменьшению акустического импеданса; очень низкая диэлектрическая проницаемость, что немаловажно для электрического согласования с генератором и нагрузкой; повышенный толщинный коэффициент электромеханической связи; достаточная анизотропия пьезосвойств, что позволяет улучшить отношение сигнал/шум и упростить технологию получения, исключив операцию резки материала; низкие диэлектрические и умеренные механические потери, что важно для получения коротких импульсов и равномерных амплитудно-частотных характеристик.

Одним из способов ускоренного получения СПКМ, в том числе, на основе ниобата натрия, является метод горячего прессования (ГП), суть которого заключается в одновременном приложении к заготовке из пресс-порошка высоких температур и давлений [1, стр. 172-176]. Кроме экспрессности, достоинствами ГП являются его универсальность; возможность изготовления практически беспористой керамики с плотностью, близкой к теоретической и с управляемой микроструктурой; сохранение стехиометрии состава; повышение эффективности СПКМ по сравнению с таковой при использовании традиционной обычной керамической технологии.

При ГП передача давления к заготовке, как правило, осуществляется с помощью различных сред, чаще всего сыпучих тел - засыпок. Применение засыпки при спекании СПКМ методом ГП диктуется, прежде всего, необходимостью исключения непосредственного контакта образца с материалом матрицы и пуансонов, а также нормальной передачи к нему давления [2, стр. 81-85], равномерной подачи и отбора тепла обжигаемых изделий. В связи с этим, основными требованиями, предъявляемыми к засыпке, являются: химическая инертность по отношению к материалам заготовки и пресс-формы; неслёживаемость и неспекаемость в процессе обжига заготовок; однородность. Использование засыпок, удовлетворяющих вышеуказанным требованиям, позволяет извлекать образец из пресс-формы без его разрушения. При этом получают ГП- образцы с заданной совокупностью электрофизических параметров. Поскольку при ГП керамики давление на образец подают при высоких температурах, облегчаются контакты между частицами дисперсно-кристаллических синтезированных порошков, сбрикетированных в виде заготовок, ускоряются диффузия и, как следствие, рекристаллизационные процессы, что должно приводить к снижению температуры спекания, Тсп, по сравнению с обычным обжигом без давления по обычной керамической технология. На практике резкое снижение Тсп отмечается практически для всех ГП- образцов свинецсодержащих керамик [1, стр. 179]. Применение же метода ГП при получении материалов на основе ниобата натрия (ниобатных материалов, НМ) не приводит к желаемому снижению Тсп. Более того, использование ГП способствует развитию в них эффектов саморазрушения [3, стр. 1771-1774].

Избежать описанных негативных явлений в процессе ГП и снизить Тсп НМ удается либо модифицированием материалов [4, стр. 13457-13466], либо введением дополнительных компонентов [5, стр. 1594-1601], что не сохраняет в обоих случаях комплекс присущих НМ свойств; либо изменением качественно-количественного состава засыпок [2, стр. 82].

Известен состав засыпки, используемой при ГП СПКМ, включающий Al2O3 [2, стр. 81; 7, стр. 4; 8, стр. 62-64]. Недостатком является невозможность обеспечения снижения температуры спекания, Тсп, СПКМ на основе ниобата натрия при использовании этой засыпки.

Известен состав засыпки, используемой при ГП СПКМ, преимущественно титаната бария, BaTiO3, включающий порошок диоксида циркония [6, стр. 2]. Недостатком его при использовании в процессе ГП СПКМ на основе ниобата натрия является уже при невысоких температурах (650÷740°С) взаимодействие Na2O, K2O, Nb2O5 с ZrO2 с образованием метастабильных соединений Na2ZrO3, K2ZrO3 и других фаз [9, стр. 149-168], [10, стр. 294-298].

Известен состав засыпки для спекания СПКМ, преимущественно на основе ниобата натрия состава (Na,Li)NbO3 (SU 857075, М.кл.3 C04B 35/00, опубл. 25.02.81) [11], принимаемый за прототип настоящего изобретения как наиболее близкий по назначению и составу.

Для снижения температуры спекания при ГП до 980°С при сохранении пьезоэлектрических свойств материала известная засыпка содержит, в масс.%:

Al2O3 70 - 90

FeO или карбонат стронция SrCO3 10 –30.

Недостатком прототипа является уменьшение удельного электрического сопротивления материала, , до 5⋅1011 Ом⋅см при использовании засыпки с FeO и до (4,0÷8,0) 1011 м с засыпкой с SrCO3 по сравнению с ρv=(1,0÷2,0)⋅1012 Ом⋅см при использовании засыпки из чистого (без добавок) Al2O3.

Раскрытие изобретения

Техническим результатом заявляемого изобретения является снижение температуры спекания при ГП СПКМ на основе ниобата натрия при повышении его механической прочности (σ) и механической добротности () и сохранении комплекса диэлектрических (, ), пьезоэлектрических (, ) и сегнетоэластических () характеристик, присущих данному материалу, спеченному традиционным способом.

Указанный технический результат достигается тем, что состав засыпки для спекания СПКМ на основе ниобата натрия, включающий Al2O3 и добавку, согласно изобретению, он в качестве добавки содержит порошкообразную закись марганца MnO и карбонат марганца MnCO3 при следующем соотношении исходных компонентов, в масс. %: Al2O3 - 80÷85, MnO - 7,5÷10,0, MnCO3 - 7,5÷10,0.

Состав засыпки поясняется таблицами и фазовой диаграммой.

Таблица 1. Основные электрофизические и механические характеристики СПКМ на основе ниобата натрия вида (Na,K,Cd0.5)NbO3, полученного традиционным способом (ОКТ) и горячим прессованием с разными засыпками

Таблица 2. Основные электрофизические и механические характеристики СПКМ на основе ниобата натрия вида (Na,Li)NbO3, полученного горячим прессованием с использованием состава засыпки Al2O3: 70 - 90; FeO или карбонат стронция SrCO3: 10 - 30 (прототипа) и заявляемого состава засыпки: Al2O3 - 80÷85, MnO - 7,5÷10,0, MnCO3 - 7,5÷10,0 (в масс. %)

Фиг.1. Фазовая диаграмма системы Al2O3 - MnO, полученная на основе рентгенографических исследований на дифрактометре XRD-6000 фирмы “Shimandzu” в λ-Co-излучении (по данным [16]).

Введение в состав засыпки MnO и MnCO3 приводит к обеднению атмосферы, окружающей в рабочем объёме образец, кислородом за счёт связывания его при окислении MnO (MnOαMn2O3βMn3O4) и вытеснения углекислым газом при разложении MnCO3 (MnCO3 → MnO+СО2↑), то есть образования в матрице восстановительной атмосферы. Спекание в этих условиях способствует образованию кислородных вакансий (по схеме , где - обозначение вакансий). Участвуя в процессах массопереноса, эти вакансии облегчают протекание диффузионных процессов, ускоряют их и приводят к снижению Тсп. Сохранение же при таких пониженных температурах обжига заданной стехиометрии способствует улучшению механических свойств спекаемых НМ, повышая их механическую прочность, σ, и добротность, , что и наблюдается на практике.

Анализ представленных результатов альтернативных технологических решений и подходов, применяемых в производстве СПКМ, преимущественно, на основе ниобата натрия позволил убедиться в том, что использование ни одной из известных засыпок не приводит к снижению температуры спекания (Тсп.) СПКМ на основе ниобата натрия, повышению его механической прочности (σ) и механической добротности () при сохранении комплекса диэлектрических (, ), пьезоэлектрических (, ) и сегнетоэластических () характеристик, присущих данному материалу, спеченному традиционным способом (ОКТ).

В качестве примера приведено сопоставление свойств НМ состава (Na,K,Cd0.5)NbO3, полученного путём спекания заготовок из синтезированных дисперсно-кристаллических порошков заданной стехиометрии методами обычной керамической технологии, ОКТ, без извне приложенного давления и засыпки и горячего прессования, ГП, с извне приложенным давлением, Р, равным 200 кг/см2 с известными засыпками из Al2O3, Al2O3+FeO, Al2O3+SrCO3 и заявляемой засыпкой из Al2O3+MnO+MnCO3 с количественной вариацией состава (Таблица 1 Основные электрофизические и механические характеристики СПКМ на основе ниобата натрия вида (Na,K,Cd0.5)NbO3, полученного традиционным способом (ОКТ) и горячим прессованием с разными засыпками), а также НМ состава (Na,Li)NbO3, полученного ГП с использованием состава засыпки из [11] и Таблица 2 Основные электрофизические и механические характеристики СПКМ на основе ниобата натрия вида (Na,Li)NbO3, полученного горячим прессованием с использованием состава засыпки Al2O3: 70 - 90; FeO или карбонат стронция SrCO3: 10 - 30 (прототипа) и заявляемого состава засыпки: Al2O3 - 80÷85, MnO - 7,5÷10,0, MnCO3 - 7,5÷10,0 (в масс. %).

Примеры изготовления сегнетопьезоэлектрического керамического материала на основе ниобата натрия при разных составах атмосферообразующей засыпки (1-х)Al2O3 + х(0,5MnO+0,5MnCO3) приведены ниже.

Пример 1 (№. 5 табл. 1):

- рассчитываются навески исходных сырьевых реагентов NaHCO3, KHCO3, Nb2O5, CdO в соответствии с химической формулой композиции выбранного материала на основе ниобата натрия состава (NaaKbCdc)NbO3, где a=(0,50÷0,55) мол. %, b=0,2 мол. %, c=(0,125÷0,15) мол. %, a+b+2c = 100 % [12];

- осуществляется взвешивание дисперсно-кристаллических порошков исходных реагентов, взятых в необходимых количествах в пересчете на соответствующие оксиды: Na2O=9,23; K2O=5,34; Nb2O5=75,42; CdO=10,01 масс. %. В качестве исходных реагентов использовались гидрокарбонаты, карбонаты и оксиды следующих квалификаций NaHCO3 - «чда», KHCO3 - «ч», Nb2O5 - «NbO-пТ», CdO - «хч», где «чда» - чистый для анализа, «ч» - чистый, «NbO-пТ» - оксид Nb2O5 для пьезотехники, «хч» - химически чистый;

- производится помол - смешивание исходных реагентов;

- механическая смесь исходных реагентов подвергается двукратному синтезу при Тсинт.1=1220 K, τсинт.1=5 час; Тсинт.2=1240 K, τсинт.2=10 час, с промежуточным между двумя термообработками дроблением и помолом синтезированного продукта;

- приготавливаются пресс-порошки путём помола и гранулирования образующегося твердого раствора заданной стехиометрии;

- брикетируются синтезированные порошки в виде объемных заготовок диаметром 12 мм и толщиной ~ 2 мм;

- спекаются сбрикетированные заготовки методом горячего прессования на установке УГПЭ-2 [13, стр. 217-219] при Тсп = 1460 K; τспек= 40 мин; Р = 200 кг/см2 в атмосферообразующей засыпке состава (1-х) Al2O3+х(0,5MnO+0,5MnCO3) c x=5,0 масс. %;

- производится механическая обработка полученных спёков керамики, их металлизация путём нанесения на плоские поверхности предварительно сошлифованных по торцам (до Ø10 мм) и толщине (до 1 мм) образцов серебросодержащей пасты и последующего её вжигания при температуре Твжиг.=1070 K в течение 0,5 час;

- осуществляется поляризация образцов в полиэтиленсилоксановой жидкости при температуре 420 K в течение 15 мин. в постоянном электрическом поле напряженностью 3,0 кВ/см;

- измеряются электрофизические характеристики в соответствии с ОСТ 11.0444-87 [14]. При этом определяют относительную диэлектрическую проницаемость поляризованных образцов, , (ε0 - диэлектрическая постоянная), коэффициент электромеханической связи радиальной моды колебаний, , пьезомодуль, , скорость звука, , механическую добротность, , удельное электрическое сопротивление, ;

- оценивается механическая прочность керамик. При этом испытания на прочность при сжатии проводятся на образцах различного состава в форме дисков диаметром от 10 мм до 12 мм. Нагружение дисков производится пуансоном диаметром 5 мм при фиксации их на ровном основании камеры. Нагружение производится на специальной испытательной машине марки SHIMADZU. За величину прочности принимаются сжимающие напряжения в момент разрушения образца, фиксируемые скачкообразным увеличением деформации образца, а в некоторых случаях - появлением раскалывания (фрагментирования) [15, стр. 72-89].

При получении других составов засыпки выполняются все вышеописанные технологические приемы (пример 1) и изменяется только количественный состав атмосферообразующей засыпки (1-х)Al2O3+х(0,5MnO+0,5MnCO3).

Пример 2 (№ 6 табл. 1): 90,0 масс.%. Al2O3 + 10,0 масс.% (0,5MnO+0,5MnCO3).

Пример 3 (№ 7 табл. 1): 85,0 масс.%. Al2O3 + 15,0 масс.% (0,5MnO+0,5MnCO3).

Пример 4 (№ 8 табл. 1): 82,5 масс.%. Al2O3 + 17,5 масс.% (0,5MnO+0,5MnCO3).

Пример 5 (№ 9 табл. 1): 80,0 масс.%. Al2O3 + 20,0 масс.% (0,5MnO+0,5MnCO3).

Пример 6 (№ 10 табл. 1): 75,0 масс.%. Al2O3 + 25,0 масс.% (0,5MnO+0,5MnCO3).

Пример 7 (№ 11 табл. 1): 70,0 масс.%. Al2O3 + 30,0 масс.% (0,5MnO+0,5MnCO3).

Пример 8 (№ 3 табл. 2): (80,0÷85,0) масс.%. Al2O3 + (15÷20,0 масс.% (0,5MnO + 0,5MnCO3) (состав атмосферообразующей засыпки для НМ вида (Na,Li)NbO3).

Как видно из табл. 1 (№№ 7-9) только использование предлагаемой засыпки с (15÷20) масс.% MnO и MnCO3, взятыми в равных количествах, позволяет существенно снизить Тсп. (1310÷1320 K) и повысить σ (245÷353 кг/см2) и (1270÷1340) НМ по сравнению с прототипом при сохранении присущего ему комплекса пьезоэлектрических характеристик (= 0,147÷0,152; =(8,1÷8,6) пКл/Н) и удельного электрического сопротивления ( = (5,6÷6,3)⋅1012 Ом⋅см). Введение добавок в меньших (менее 15 масс. %, №№ 5, 6 табл. 1) и больших (более 20 масс. %, №№ 10, 11 табл.1) количествах в засыпку из Al2O3 не приводит к желаемому результату. Более того, при запредельных концентрациях MnO+MnCO3 (более 20 масс. %) резко снижается удельное электрическое сопротивление () материала и ухудшаются показатели его пьезоэлектрической активности (, ).

В табл. 2 приведены основные электрофизические и механические характеристики СПКМ на основе ниобата натрия вида (Na, Li)NbO3, полученного горячим прессованием с использованием известных засыпок и предлагаемой нами в настоящей заявке. Видно, что и в этом случае (№ 3 табл. 2) происходит снижение Тсп (1200÷1220 K), повышение σ (250÷320 кг/см2) и (1200÷1280) по сравнению с прототипом при сохранении исходного уровня электрофизических свойств (=130÷135, =3⋅1012 Ом⋅см; =0,23÷0,23, = (35÷45) пКл/Н; = (5,8÷5,9) км/с). (Параметры σ, , - определены в процессе подготовки настоящей заявки).

Таким образом, положительный эффект (снижение Тсп., повышение σ и при сохранении исходного уровня электрофизических свойств (диэлектрических - , ; пьезоэлектрических - , ; сегнетоэластических - ) обеспечивается качественно-количественным составом предлагаемой засыпки, которая в предлагаемом изобретении одновременно выполняет две функции - среды, передающей давление на керамическую заготовку, и атмосферообразователя. Следует заметить, что особенности спекания материалов методом ГП, при котором образцы находятся под давлением в замкнутом объёме, благоприятствуют «мягкому» восстановлению, благодаря чему даже в области глубокого восстановления (при больших концентрациях добавок) не наблюдается разложения образцов. Но при этом может происходить химическое взаимодействие между спекаемым материалом и засыпкой, что приводит к образованию поверхностного слоя, по свойствам отличающегося от свойств основной массы материала. Учитывая неконтролируемость состава и неопределённость свойств этого слоя, необходимо увеличение объёма механической обработки изделий, что, в свою очередь, способствует повышению расхода спекаемого материала. Другим негативным явлением, наблюдающимся при введении в Al2O3 более 20 масс.% добавок (0,5MnO+0,5MnCO3), является взаимодействие засыпки с материалом матрицы (пресс-формы), в которой располагается образец. Это препятствует извлечению образца из пресс-формы по окончании цикла ГП. Образование при повышенных содержаниях MnO и MnCO3 в Al2O3 поверхностного слоя за счёт взаимодействий типа материал заготовки - засыпка, засыпка - материал матрицы (пресс-формы) способствует и появлению в прессуемой заготовке значительных механических напряжений из-за взаимного отличия коэффициентов термического расширения, КТР, материала заготовки и образующегося поверхностного слоя, приводящих к нарушению сплошности (деструкции) изделий.

Всё это, а также тот факт, что при содержании MnO более 20 масс. % в засыпке из Al2O3 в результате твердофазной химической реакции может образовываться соединение MnAl2O4 [16, стр. 3, 8] (см. фиг. 3), делает нецелесообразным увеличение концентрации вводимых добавок сверх указанных пределов. Фазовая диаграмма (фиг. 1) вида Al2O3 - MnO ([16, стр. 8]) получена на дифрактометре XRD-6000 фирмы “Shimandzu” в λ-Co-излучении ([16, стр. 3]).

Снижение Тсп. материала при использовании предлагаемой засыпки способствует повышению надёжности и долговечности технологического инструментария, в частности, деталей пресс-форм из жаропрочных и жаростойких сталей, применяемых в практике ГП; надёжному сохранению полученного уровня свойств за счёт стабилизации стехиометрии заданного состава при меньшей возгонке ионов в области пониженных Тсп. и уменьшению, в связи с этим, брака готовой продукции; снижению энергоёмкости технологического процесса, а, значит, его удешевлению.

Повышение механической прочности и механической добротности материала делает возможным его надёжное использование в устройствах электронной техники, испытывающих критические внешние воздействия (термические, полевые, барические). Кроме того, высокая определяет высокую эффективность электромеханических преобразователей на его основе за счет низких потерь на внутреннее трение, 1/.

Источники информации

Окадзаки К. Технология керамических диэлектриков. Пер. с японск. М.: «Энергия», 1976. - 336 с. (стр. 217-227).

Панич А.Е., Куприянов М.Ф. Физика и технология сегнетокерамики. Ростов-на-Дону: Изд-во Ростовского университета, 1989. - 178 с. (стр. 81-85).

Бондаренко Е.И., Комаров В.Д., Резниченко Л.А., Чернышков В.А. Саморазрушение сегнетокерамики // ЖТФ. 1988. Т. 58. № 9. С. 1771-1774.

Zi-de Yu, Xiao-ming Chen, Yu-long Su, Han-li Lian, Jiang-bo Lu, Jian-ping Zhou&Peng Liu. Hot-press sintering K0.5Na0.5NbO3-0.5 mol% Al2O3 ceramics with enhanced ferroelectric and piezoelectric properties // Journal of Materials Science. 2019. V. 54. P. 13457-13466.

Hongliang Du,Fusheng Tang, Fa Luo, Dongmei Zhu, Shaobo Qu, Zhibin Pei, Wanchen Zhou.Influence of sintering temperature on piezoelectric properties of (K0.5Na0.5)NbO3-LiNbO3lead-free piezoelectric ceramics //Materials Research Bulletin. 2007. V. 42, No. 9. P. 1594-1601.

Ronald J. Brandmayr, Eatontown N.J., Arthur E. Brown, Florence S.C. and Sam Di Vita and Robert J. Ficher, West Long Branch, NJ. Method of Hot-pressing ceramic ferroelectric materials // Patent US № 2990602. 1959.

Греков А.А., Новиков М.С., Сукиязов А.Г., Сыркин Л.Н., Татаренко Л.Н., Чехунова Н.П. Способ получения керамики // А.с. № 436804 по заявке № 1730383/29-9 (приоритет). М.Кл.2 СО4в 35/00. Опубл. 25.07.1974. Бюл. № 27. Дата опубл. описания 25.12.1974.

Фридлидер Г.М., Балкевич В.Л. Горячее прессование пьезокерамики системы ЦТС // Сб-к трудов Моск. хим.-техн. ин-та им. Д.И. Менделеева. М., 1973. Вып. 76. С. 62-64.

Scholder R., Räde D., Schwazz H. // Z. Anorg. Allg. Chem. 1968. Bd. 362. № 3-4. P. 149-168.

Mestres L., Martinez-Sarrion M.L., Castano O., and Fernandez-Urban J. Phase diagram at low temperature of the system ZrO2/Nb2O5 // Z. Anorg. Allg. Chem. 2001. Bd. 627. P. 294-298.

SU 857075, М.кл.3 C04B 35/00, опубл. 25.02.81 -прототип.

RU 2498960 МПК СО4В 35/495 (2006.01). опубл. 20.11.2013.

Фесенко Е.Г. Семейство перовскита и сегнетоэлектричество. М.: Атомиздат, 1972. - 248 с. (с. 217-221).

ОСТ 11 0444-87. Материалы пьезокерамические. Технические условия. Введен. 01.01.88.-140 c.

Зацаринный В.П. Прочность пьезокерамики. Ростов-на-Дону: Изд-во Ростовского университета. 1978. - 206 с. (стр. 72-89).

АунгЧжо Мо. Композиционная керамика на основе электроплавленного корунда с эвтектическими добавками в системах Al2O3 - TiO2 – MnO; Al2O3 - MgO – MnO; Al2O3 - MgO - SiO2; Al2O3 - SiO2 - TiO2 // Автореферат дисс … канд. техн. наук. М. 2020. Российский химико-технологический университет (РХТУ) им. Д.И. Менделеева. - 16 с. (стр. 3, 8).

Таблица 1. Основные электрофизические и механические характеристики СПКМ на основе ниобата натрия вида (Na,K,Cd0.5)NbO3, полученного традиционным способом (ОКТ) и горячим прессованием с разными засыпками.
№№
п/п
Состав засыпки, метод спекания Тсп.,K Механические, диэлектрические и пьезоэлектрические характеристики опытного материала
σ, кг/см2 0 , пКл/Н , км/с , Ом∙см
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
1 Без засыпки, ОКТ 1460 154 1090 1700 0,150 8,0 4,45 5,0·1012
2 Al2O3, ГП 1460 157 1100 1720 0,170 9,0 4,51 4,5·1012
3 Al2O3+ FeO 1420 163 1050 1570 0,150 8,2 4,42 3,0·1011
4 Al2O3+ SrCO3 1420 182 1080 1520 0,140 7,9 4,43 5,0·1011
5 (1-х)Al2O3+ x(0,5MnO+0,5MnCO3)
х=5,0 масс.%
1460 142 1090 1490 0,135 7,5 4,40 5,5·1011
6 х=10,0 масс.% 1450 147 1100 1400 0,135 7,4 4,40 5,7·1011
7 х=15,0 масс.% 1310 245 1270 1690 0,147 8,1 4,46 5,6·1012
8 х=17,5 масс.% 1310 353 1320 1700 0,150 8,4 4,45 6,3·1012
9 х=20,0 масс.% 1320 286 1340 1700 0,152 8,6 4,48 6,0·1012
10 х=25,0 масс.% 1380 150 1300 1620 0,130 7,9 4,30 5,4·1011
11 х=30,0 масс.% 1400 138 1000 1540 0,124 7,8 4,30 5,1·1011

Таблица 2. Основные электрофизические и механические характеристики СПКМ на основе ниобата натрия вида (Na,Li)NbO3, полученного горячим прессованием с использованием состава засыпки Al2O3: 70 – 90; FeO или карбонат стронция SrCO3: 10 - 30 (прототипа) и заявляемого состава засыпки: Al2O3 - 80÷85, MnO - 7,5÷10,0, MnCO3 - 7,5÷10,0 (в масс. %).
№№
п/п
Состав засыпок Тсп.,K Механические, диэлектрические и пьезоэлектрические характеристики СПКМ
σ, кг/см2 , пКл/Н V1E, км/с , Ом∙см
1 Al2O3+ FeO 1270÷1300 150÷
152
1000÷1030 120 0,17÷
0,18
30÷35 5,8÷5,9 5∙1011
2 Al2O3+ SrCO3 1250÷1310 145÷
154
1020÷1050 130 0,17÷
0,19
32÷40 5,5÷5,7 4∙1011-8∙1011
3 (1-х)Al2O3+ x(0,5MnO+0,5MnCO3)
х=(15,0÷20,0) масс.%
1200÷1220 250÷
320
1200÷1280 130÷
135
0,20÷
0,23
35÷45 5,8÷5,9 3∙1012

Состав засыпки для спекания сегнетоэлектрического пьезокерамического материала на основе ниобата натрия, включающий Al2O3 и добавку, отличающийся тем, что в качестве добавки он содержит порошкообразные закись марганца MnO и карбонат марганца MnCO3, при следующем соотношении исходных компонентов, масс. %: Al2O3 – 80-85; MnO – 7,5-10,0; MnCO3 – 7,5-10,0.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к получению 21R-сиалоновой керамики, которую используют в качестве режущих пластин для резки металлов и в других областях при износе и ударе. Порошок 21R-сиалона, полученного методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза, и спекающую добавку в виде смеси оксидов Sm2O3-Al2O3 в соотношении Sm2O3:Al2O3=26,33:73,67 мол.

Изобретение относится к спечённому продукту, имеющему ширину более 50 мм, относительную плотность более 90%, состоящему более чем на 80% объема из уложенных друг на друга в горизонтальном положении керамических пластинок, где совокупность указанных пластинок имеет среднюю толщину менее 3 мкм, и содержащему более 20 мас.% оксида алюминия в расчете на массу продукта.

Изобретение относится к способу получения композиционных материалов на основе карбида кремния, армированных текстильным материалом из карбида кремния, которые могут быть использованы для работы в агрессивных средах, в условиях высоких температур и истирающих воздействий, может использоваться для создания подшипников скольжения и качения, лопаток газотурбинного двигателя и изделий специального назначения.

Изобретение относится к способам иммобилизации радионуклидов стронция в керамике и может быть использовано для отверждения радиоактивных отходов, а также изготовления радиоизотопной продукции. Подготовленную реакционную смесь SrO и WO3 в молярном соотношении 1:1 помещают в токопроводящую пресс-форму, подпрессовывают и подвергают искровому плазменному спеканию в вакуумной камере при постоянной механической нагрузке 24,5 МПа под воздействием однонаправленного импульсного тока, который генерируют пакетами по 12 импульсов при длительности одного импульса 3,3 мс, с паузами между пакетами, по времени равными длительности двух импульсов, с выдержкой при достигнутой температуре в течение 5 мин и последующим охлаждением в вакууме до температуры окружающей среды.

Изобретение относится к способу получения прозрачной керамики иттрий-алюминиевого граната (ИАГ), в том числе легированного ионами неодима, для использования в качестве активной среды в области фотоники и лазерной техники. Способ получения прозрачной ИАГ-керамики, включающий совместный высокоэнергетический помол в этаноле исходных порошков оксидов Y2O3, Nd2O3 и Al2O3 для формирования слабоагрегированной порошковой системы стехиометрии ИАГ с размером частиц в диапазоне 50-500 нм, сушку при температуре 70°С в течение 24 ч с последующей грануляцией порошка через сито с эффективным размером ячеек 200 меш и отжигом в атмосфере воздуха при температуре 600°С в течение 4 ч, искровое плазменное спекание полученного материала на первом этапе путем нагрева со скоростью 100°С/мин до 1000°С, выдержку, отжиг полученного образца в воздушной атмосфере, отличается тем, что высокоэнергетический помол в этаноле порошков исходных оксидов Y2O3, Nd2O3 и Al2O3 осуществляют с использованием LiF в качестве спекающей добавки в количестве 0,2 вес.% при 300 об/мин в течение 12 ч, искровое плазменное спекание проводят при внешнем давлении 50-70 МПа, причем на втором этапе со скоростью 25°С/мин до 1475°С с выдержкой материала при этих давлении и температуре в течение 45-60 мин, а отжиг полученного образца ведут в течение 10 ч при температуре 900-1000°С с последующим естественным охлаждением.

Изобретение относится к нанотехнологиям, а именно к способам получения новых бифазных керамических материалов для нужд термоэлектрогенерации. Способ получения бифазной термоэлектрической керамики включает приготовление порошковой системы из исходных порошков карбоната стронция SrCO3 и диоксида титана TiO2 путем их совместного высокоэнергетического помола в этаноле, отжига и сушки, после чего полученный материал спекают под механической нагрузкой.

Изобретение относится к способу получения керамического композита на основе карбида кремния. Технический результат - повышение прочностных характеристик керамики на основе карбида кремния: повышение прочности на изгиб и трещиностойкости, низкая плотность.

Изобретение относится к порошковой металлургии и может быть использовано для изготовления керамических конструкционных деталей, например, при изготовлении подшипников скольжения или режущего инструмента. Заявляемый способ изготовления керамического материала на основе нитрида кремния заключается в подготовке шихты путем перемешивания α-нитрида кремния с легкоплавкой добавкой алюмината кальция, добавлении в шихту органического пластификатора и предварительном формовании заготовок для горячего прессования.

Изобретение относится к области космической технологии и материаловедения. Способ получения сверхвысокотемпературного керамического материала на основе карбонитрида гафния включает предварительную механическую активацию смеси исходных компонентов, состоящей из 96,7 масс.

Изобретение относится к технологии получения керамики сложных составов (Na0,85Li0,15)NbO3+SrО, YBa2Cu3O7-δ, феррита висмута BiFeO3, PbTiO3, PbTiO3-PbZrO3-PbNb2/3Mn1/3O3-PbNb2/3Zn1/3O3. Технический результат - повышение плотности и механической прочности керамических материалов при сохранении совокупности электрофизических параметров каждого материала, исключение растрескивания и саморазрушения готовых образцов.

Изобретение предназначено для создания устройств пьезотехники, работающих в высокочастотном диапазоне в интервале рабочих частот 4,0÷7,0 МГц. Пьезоэлектрический керамический материал содержит, мас.%: Na2O 7,05-7,99.
Наверх