Способ изготовления пьезоэлектрического керамического материала

Способ изготовления пьезоэлектрического керамического материала

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

1. СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО КЕРАМИЧЕСКОГО МАТЕРИАЛА, содержащего л РЪ (Sti .5Ъ . )0, л Г-С1- - 3 и эРЪТтОз , где 1/4 oi i 3/4, 0,01 X 0,040 и 0,60 6 У i 0,99, путем смешивания исходных соединений свинца , олова, сурьмы, титана, их обжига при бОО-ЭОО С, измельчения, формования заготовок и спекания при 1000135О с , отличающийся тем, что, с целью повышения механической прочности, в шихту дополнительно вводят 0,05-5 мас.% по крайней мере , одного соединения из группы М&.О, МпО, Сг2Оз/ а спекание проводят в атмосфере кислорода при,содержании О не менее 80 об.%. . , 2. Способ по П.1,. о т л и ч а ю щ и и с я тем, что в шихту дополни- Щ тельно вводят по крайней мере одно О) соединение кальция, бария, стронция, кадмия из расчета замещения до 20ат.% с свинца в конечном продукте..

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН .

М51) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ.К ПАТЕНТУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

Il0 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 2806450/29- 33 (22) 16 ° 08.79 (31) 101213/78 (32) 17.08.78 (33) Япония (46) 15.02.84. Бюл. Р б (72) Тосно Огава (Япония) (71) Мурата Мануфакчуринг компани (Япония) (53) 666.655(088.8) (56) 1. Смажевская Е.Г., Фельдман Н.S.

Пьезоэлектрическая керамика. ".Советское радио", 1971.

2. Journal of the American Ceramic

Society, 1973, 56, 2, 91-96. ,3. Заявка Великобритании

Р 1456616, кл. С 1 .J, опублик. 1976 (прототип). (54)(57) 1. СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ

ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО КЕРАМИЧЕСКОГО

МАТЕРИАЛА, содержащего х РЪ (8в 9Ъ )О

„„SU„„44 1 А и v РЪТ10, где 1/4 - дС -< 3/4, 0,01 <

< х < 0,040 и 0,60 «< < 0,99, путем смешивания исходных соединений свинца, олова, Сурьмы, титана, их обжига при 600-900 С, измельчения, формования заготовок и спекания при 10001350 С, отличающийся тем, что, с целью повышения механической прочности, в шихту дополнительно вводят 0,05-.5 мас.Ъ по крайней мере одного соединения из группы М О, MnO@, CrgO>, а спекание проводят в атмосфере кислорода при,содержании О не менее 80 об.Ъ.

2. Способ по п.1,, о т л и ч а ю— шийся тем, что в шихту дополни- Я тельно вводят по крайней мере одно соединение кальция, бария, стронция, кадмия иэ расчета замещения до 20 ат.Ъ свинца в конечном продукте..

1074401

Данное изобретение относится к пьезотехнике и может быть использовано для изготовления керамики на основе твердых растворов РЬ(Эл ЭЬ < j0—

- РЬТ10з

Пьезоэлектрическая керамика на ос- 5 нове титаната-цирконата свинца широко используется для изготовления пьезоэлектрических преобразователей, частотноселективных устройств, пьезоэлектрических элементов зажигания. 10

Одной из важных технологических операций, влияющих на рабочие характеристики керамики, является обжиг, который осуществляется на воздухе в атмосфере паров оксида свинца Г1 3. .35

Однако получаемая таким образом керамика имеет относительно высокую пористость и большой средний .размер пор в диапазоне от 5-15 мкм, что делает невозможным ее применение в ряде устройств, в частности, когда один из размеров электродов близок к

15 мкм или меньше. Наличие пористости уменьшает механическую прочность .керамики .и некоторые другие характеристики.

Известен способ уменьшения пористости пьезоэлектрической керамики из . цирконата-титаната свинца-лактана эа счет обжига ее в атмосфере кислорода (2 ).

Хотя такой процесс делает воз можным получение керамики с низкой пористостью, .он имеет серьезный недостаток, который заключается в том,.что в спекаемой керамике ос- 35 таются очень крупные поры вследствие соединения малых пор.

Наиболее близким к предлагаемому является способ получения материала, имеющего состав РЬ((5г 5Ь,1, )„П 2 1 у)03 49 где 1/448 43/4, 0,01 <.х <0,2з. Материал получают формованием заготовок иэ обожженного при 600-900 С исходного порошка смеси соединений свинца, олова, сурьмы, титана с последующим 45 их спеканием в воздушной атмосфере при 1000-1350 С (3 3.

Основным недостатком укаэанного способа является относительно высокое значение пористости и малое значение добротности.

Целью изобретения является повышение механической прочности.

Указанная цель достигается тем, что согласно способу изготовления пьезоэлектрического керамического материала, содержащего х РЬ(9ьц 9Ь )о и у РЬТ 0, где 1/4 оС <3>

1000-1350 С, в шихту дополнительно .вводят 0,05-5 мас.Ъ по крайней мере одного соединения из группы М О, М О, С ОЗ., а спекание проводят в атмосфере кислорода при содержании

0 не менее 80 об.Ъ.

Кроме того, в шихту можно дополнительно вводить по крайней мере.одно соединение кальция, бария,стронция, кадмия иэ расчета замещения до

20 ат.Ъ свинца в конечном продукте.

Изготовление образцов проводят, следующим образом.

Исходные сырьевые материалы (оксиды карбонаты, гидрооксиды, оксалаты и т.п .) перемешивают мокрым способом в шаровой мельнице не менее

10 ч, после сушки эту смесь обжигают в течение нескольких часов при

600-900 С. Спек измельчают, гранулируют и прессуют заготовки при давлении 700-1000 кг/см . Спекание проводят в атмосфере кислорода {) 80 об.В) при максимальной температуре, лежащей в интервале 1100-1350 С.

При обжиге сначала образуется промежуточная фаза со структурой типа пирохлора РЬ 9и2 5Ь î «которая присутствует на границах зерен вплоть до 1200 С. Эта фаза обеспечивает миграцию кислорода и способствует образованию малопористой керамики, на конечной стадии спекания эта фаза преобразуется в фазу РЬ{5п Я> )0 со структурой типа перовскита.

Для того, чтобы получить керамику с очень низкой пористостью и размером зерна .не более 10 мкм, предпочтительно испольэовать тонкозернистые материалы со средним размером зерна не более 4 мкм, и спекание проводят при 1000-1200 С.

Если испольэовать атмосферу с содержанием не <95 об.Ъ кислорода, то получают керамику с малым количеством пор и высокой механической прочностью, атмосферу с высоким содержанием кислорода можно создавать только перед образованием закрытых пор (при 1000 С ), при содержании

pg(5ng 9Ь.1 ) 03 более 40 мол.Ъ керамика плохо спекается и коэффициент электромеханической связи КР не превышает 5%. Если величина с выходит за пределы 1/4-3/4, то спекание затруднено, так как образуются другие соединения..

Добавка 1п02 улучшает величину КР.

Добавка М О задерживает рост зерна и способствует улучшению температурной стабильности резонансной частоты. Добавка с1 03 способствует улучшению характеристик теплового старения. При содержании добавок более 5 мас.Ъ возникают трудности в спекании керамики и ее поляризации.

Химический состав изготовленных образцов и концентрация кислорода

V при обжиге приведены в табл.1.

1074401

В табл.2 приведены значения диэлектрической проницаемости Я э /f <, точки Кюри, коэффициентов электромеханической связи К и К и механичесР кой добротности О.„„р и & „, . Образцы поляризуют полем 3,0-4,0 кВ/мм

Са, ат. Ъ

Образец, 9

Ва, ат.В

Sr, ат. Ъ

1 9/20 0,05 0,95 6,0 6,0

100

2 1/2 0 05 0,95

1,0 1,0

1 О

100

3 1/4 0,15 0,85 6,0 .6,0 6,0

0,05 80

4 1/4 0,15 085 6,0

5 9/20 О, 25 О, 75

6 9/20 0,25 0,75

7 9/20 0,25 0,75

8 9/20 0,25 0,75

6,0 6,0

100 3,0 3,0 3,0 100

100

0,1 100

5,0

5,0

1,0 2,0

9 1/2 О, 35 0,65

10 1/2 0,35 0,65

1,0

2,0 100

Таблица 2

Е /Е„. Об зе

1 452

2 464

224

106

32,4

31., 2

30,8

210

31,0

734

506

32,6

133

3 421

4 .417

233

34,1

100

228

130

33,1

33,3

35,1 15

134

216

33,9

208

1721

35,7 35,5

36,0.. 34,7

35,9 35,8

9.56

217

104

144

152

208

106

256

834

30,4

572

29,2

243

792

30,9 30,7

547

ВНИИПИ Заказ 396/55 Тираж 606 Подписное

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул.Проектная, 4.5 424

6 417

7 420

8 411

9 315

10 308. при 200 С. Измерения на толщинной моде колебаний проводят на тонких дис ках толщиной 300 мкм. Измерения . Я„, К проводят после выдержки в течение 1 ч при 1500С à K — после повторнoN такой шлифовки.

Таблица 1

Cd, Мп, Mg., Cr, Концентрамас.Ъ мас. мас.Ъ мас.В ция кислоЪ, рода, об.%