Способ спекания пьезоэлектрической керамики на основе цирконататитаната свинца

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

«Ä 724476

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 130278 (21) 2579625/29-33

I с присоединением заявки Мо (23) Приоритет

Р1)М, КЛ.2

Государственный комитет

СССР но делам изобретений и открытий

С 04 В 35/00

Опубликовано 3003.80. Бюллетень р 12 (53) УДК 666.655 (088 ° 8) Дата опубликования Описания 300380 (72) Авторы изобретения

В.В. Приседский, В.И. Шишковский и В.В. Климов

@ 1-1 Q) (71) Заявитель (54) СПОСОБ СПЕКАНИЯ ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ КЕРАМИКИ

HA ОСНОВЕ IIHPKOHATA-THTAHATA CBHHIIA

Изобретение относится к пьезотех- нике и может быть использовано при изготовлении пьезоэлектрической керамики на основе твердых растворов цирконата-титаната свинца (IITC), используемой в качестве пьезоэлектрических преобразователей различного назначения, гидроакустических излучателей и приемников, элементов электрических фильтров, пьезотрансформаторов н для других целей.

Комйозиции на основе цирконата° титаната свинца, модифицированного различными добавками, в настоящее 15 время являются наиболее .эффективными пьезоэлектрическими материалами, Обычным способом получения изделий из IITC является высокотемпературное спекание прессовок синтезирован- 20 ного материала, помещенных в Свинецсодержащие засыпки, в естественной воздушной среде. Потребности радиоэлектроники выдвигают все возрастающие требования.к уровню электрофизи- 25 ческих свойств, плотности и проч-. ности пьезокерамических элементов, которые не всегда возможно или трудно удовлетворить, используя обычный способ спекания изделий. 30

Известен способ спекания пьезокерамики IITC в кислородной среде. Применение кислородной среды при спекании IITC позволяет существенно повысить плотность керамики, несколько повысить величину коэффйциента электромеханической связи K р (на 6%) и пьезомодуля d „(на 2-3%)i величины диэлектрической проницаемости с. и тангенса угла диэлектрических потерьtgd остаются такими же, как при обычном спекании пьезокерамики fl) .

Недостатком этого способа является невозможность более значительного повышения уровня электрофизических свойств пьезокерамики, Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является способ спекания керамики IITC в среде нейтральных газов аргона или азота (21. При этом удается снизить величину проводимости и диэлектрических потерь, повысить механическую добротность пьезокерамики, Однако заметное улучшение других электрофизических свойств и, в частности диэлектрической проницаемости и пъезомодулей не достигается.

724476

Бель изобретения — повышение пьезоэлектрического эффекта,диэлект- рической прЬницаемости, а также плотности керамики .

Бель достигается тем, что в способе спекания пьезоэлектрической, керамики на основе цирконата-титаната свинца в инертной газовой атмосфере предварйтельно проводят спекание в атмосфере кислорода, причем в инертной газовой среде парциальное давление кислорода должно быть не более 5 . 10 атм), Пример l. Спекание изделий из пьезокерамического материала состава: 0,98 (Pb, s,, Ьс ) (2 + 0,02 %(й „/д Фl / )О

+ 0,4 /о CeO . Синтезированный порошкообразйый материал получают взаимодействием окислов или карбо натов компонентов состава в твердой фазе или другим способом.

В синтезированный материал добавляют связку (3%-ный водный раствор псливинилового спирта), и прессуют иэделия необходимой формы и размеров. Спрессованные иэделия помеща,ют в никелевые капсели и засыпают тонким. слоем (до,5 мм) крупнозернис.той (0,5-3 мм) свинецсодержащей засыiп<и состава, моль,В: 30 PbO, 70 Z,èOz которую предварительно обо жигают при 1150 С 2 ч в камерной печи с силитовыми нагревателями, Иэделия в капселях устанавливают в рабочей зоне печи, позволяющей проводить обжиг в среде кислорода и нейтральных газов, например в трубчатой печи, заполняют рабочий объем печи кислородом и нагревают печь со скоростью не более 200 C/÷ до температуры выдержки 1240-1280ОС, Первые 20-30 мин выдержки при максимальной температуре обжиг продолжается в среде кислорода, после чего вытесняют из рабочего объема печи кислород азотом, выдерживают спекаемые изделия при максимальной температуре в азоте в течение 90100 мин (до достижения суммарного времени выдержки 2 ч)и охлаждают печь с изделиями в среде азота со скоростью не более 200ОС/ч, Спеченные таким образом изделия шлифуют, сушат и наносят. электродом вжиганием серебряной пасты при 70 С в течение 15-20 мин, Поляризацию изделий проводят в среде полисилоксановой жидкости при 100 2 С 1 ч в постоянном электрическом поле 34 кВ/мм, В табл, 1 приведены электрофизи- . ческие и др, свойства пьеэокерамики, полученной указанным способом, измеренные на стандартных образцах в виде дисков 1.0 1 в обычных условиях, т,е, на воздухе, при подаче

s печь в течение cicего цикла спека25 размером зерна и иным сочетанием электрофиэических свойств, Диэлектрическая проницаемость и пъезомодуль несколько снижаются, однако возрастает величина механической добротности и снижаются диэлектрические потери, Пример 3. Спекание иэделий

30

20 ния керамики либо только кислорода, либо только азота, Из этих данных видно, что электрофизические свойства керамических образцов, спекание KoTорых проводи— ли по предлагаемому способу, значительно выше, чем у образцов, полученных известным способом.

Пример 2, При проведении обжига пьезокерамического материала по примеру 1 изменяют момент смены газовой среды в печи, Нагрев и выдержку (2 ч при максимальной температуре спекаемых изделий проводят в среде кислорода, затем вытесняют кислород иэ рабочего объема печи азотом и охлаждение образцов со скоростью не более 200ОС/ч производят в среде азота. Электрофизические свойства образцов пьезокерамики состава, аналогичного примеру

1, представлены в табл, 2, Как видно из данных табл, 2, укаэанное изменение режима обжига изделий позволяет получить пьезокерамику существенно меньшим средним из пьезокерамического материала

IITC-19 состава:

Спекание керамических изделий проводят по примеру 1.Электрофиэи ческие свойства, полученной таким об- разом пъеэокерамики приведены в табл, 3 и сопоставлены со свойствами образцов, полученных известным способом. .Пример 4, Спекание иэделий из пьезокерамического материала состава: 0,98(Pb г„„ ) Спекание проводят при максимальной температуре выдержки 1200 С.

Спустя 90 мин после начала и эа

30 мин до окончания выдержки при максимальной температуре производят смену среды кислорода на среду азота в рабочем пространстве печи, В остальном спекание керамических изделий проводят по примеру 1.

Электрбфиэические свойства иэделий в виде стандартных дисков

10 х 1 мм приведены в табл, 4.

Использование предлагаемого способа улучшает электрофиэические свойства по сравнению с известным способом - спеканием на воздухе, 724476

Диэлектрическая проницаемость повышается на 7-19%, диэлектрические потери" снижаются на 20-50%, коэффициент электромеханической связи Кр возрастает на 9-17%, величина пьезомодуля <3gq возрастает на 18-28%, Способ об-жига керамикии

Электрофизические свойства

Уг/см э Мз! 40

Кл/Н

9м Чз

НсЛ /с мкм

Предлагаеьый

4300 0,018 . 0 р71 330 37 3,01

7,75

Известный

3800 0,023 0,65 280 33 3,07

7,35 8 на воздухе в кислороде

36 3,09 7,80 4

3950

0,021

0,021

0,66 290 в азоте

0,65 275

3800

36 3,10 7,30 20

Š— диэлектрическая проницаемостьу ted — тангенс угла диэлектрических потерь| Кр †. коэффициент электромеханической связи; д, - пъезомодуль; . м- механическая добротность, Я вЂ” скорость звука; Д вЂ” объемная плотность керамики Й вЂ” средний размер кристаллитов.

Таблица 2

4000 0,015 0 70 310 50 3,06

Предлагаемый

7,80 4

Та блица 3

Способ обжига керамики

0 68 230 90 Зр00

2000

Предлагаемый

Известный

7,60

0 8013

0,58 180 70 3;00

7,35

0,018

1970

7 60

0164 . 200 82 2 i95

0,015

1950

0 019

77 3,04

7, 31

0.,56 165

1720

Таблица 4

Ор022 0,7

Предлагаемый

3100

Известный . на воздухе

2600

215 57 7,40

0 61

0,026

0,021 в кислороде

7,55

210 59

0,63

2400

225 65 7,34

0,61

0,019

2700 в азоте на воздухе в кислороде в азоте плотность керамики увеличивается на

5-7%, что соответствует снижению остаточной пористости в 2-3 раза, оказывается возможным варьировать средний размер кристаллитов в керамике в пределах 4-12 мкм.

Т аблица 1

724476

Формула изобретения

Составитель Н. Фельдман

Редактор М, Недолуженко Техред С,Мигай Корректор В. Синицкая

Заказ 788/5 Тираж 671 Подписное

1IHHHIIH Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, РаУшская наб., д, 4/5

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул, Проектная, 4

Способ спекания пьезоэлектрической керамики на основе цирконата-титаната свинца в-инертной газовой атмосфере,. о т л и ч а ю ш и и с я тем,что,с целью повышения пьезоэлект.рического эффекта, диэлектрической проницаемости, а также плотнос- ти керамики, предварительно проводят спеканйе в атмосфере кислорода, Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

5 1.мц ац T. F, Dungeon Й,H.Adam pygmy

83, 1964, 9 6, р. 74-77.

2. Патент,CQIA Р 3216943, кл, 264-252, опублик. 1969.