Пьезоэлектрический керамический материал

Пьезоэлектрический керамический материал

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ КЕРАМИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ,, содержащий NajO, Li-O, №20, SrO, отличающийся тем, что, с целью повышения диэлектрической проницаемости и пьезомодуля, коэффициента электромеханической связи при сохранении высокой пьезочувствительности и снижения температуры спекания, он дополнительно содержит CdO при следующем соотношении компонентов, мас.%: 16,37-16,47 Na20 Li О 1,12-1,13 81 ,03-81,49 NbjOs 0,31-0,32 SrO 0,39-1,17 CdO (/)

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛ ИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) (11) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕ

Н ABT0PCHGMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

16,37-16,47

1, 12-1, 13

81,03-81,49

0,31-0,32

О, 59-1, 17

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3551728/29-33 (22) 07.02.83 (46) 30.04.84. Бюл. И - 16 (72) Е.Г.Фесенко, Е.С.Цихоцкий, M.Ã.Êóðèíoâ, Ю.Г.Пономаренко, Л.Д.Гринева, Л.А.Резниченко, Л.С.Иванова, A.ß.Äàíöèãåð, О.Н.Разумовская, А.Е.Панич и Э.Б.Постников (7i) Ростовский ордена Трудового

Красного Знамени государственный университет им. M.À.Ñóñëoâà (53) 666.655(088.8)

,56) 1. Авторское свидетельство СССР

У 642272, кл. С 04 В 25/00, 1976.

2. Авторское свидетельство СССР

N - 694478, кл. С 04 В 35/00, 1978. (54) (57) ПЪЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ KRPAMHЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ,, содержащий Na20

Li 0, Nb2O, SrO, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повьпнения диэлектрической проницаемости и пьезомодуля, коэффициента электромеханической связи при сохране-. нии высокой пьезочувствительности и снижения температуры спекания, он дополнительно содержит CdO npu следующем соотношении компонентов, мас.X:

Иа20

Li О gO5

SrO

CdO

1089075 1 / о

Кр а3<, кл/н

Вм/H

Vg, м/с

Скорость звука температуры спекания (Т,„), С

1 10-1 30

О, 136-0, 225 (7,1 — 11,3) 10 (7,3-9,8) ° 10 (5,58-5,86) ° 10 l 190

Таблица 1

Электрофизические параметры составов системы

Na2O — Li O — Nb 0 — SrO — CdO

Состав, мас.%

Пример

Nb О SrO

CdO

Li О

Na<0

16 50

16,47

16, 43

16,37

16,31

16, l8

15, 93

1,14

81, 63

81,49

81,33

81,03

80,70

80,07

78,85

0,32

0,39

1, l3

0,32

0,59

1,13

0,79

1117

0,31

1, 12

0,31

1,56

0,31

2,33

1,10

0,31

3,81

Изобретение относится к пьезоэлектрическим керамическим материалам и может быть использовано для создания высокочувствительных электромеханических преобразовате- 5 лей, основанных на явлении пьезоэлектричества, в частности для устройств измерения механических воздействий, например давления.

Известен сегнетопьезоэлектрический керамический материал на основе твердых растворов метаниобатов щелочных металлов (11 .

Йедостатком данных материалов при применении их в определенного рода радиотехнических устройствах, в частности, в устройствах измерения механических воздействий, является низкая диэлектрическая проницаемость (E>> /Я, = 100-50), не обеспечивающая хорошее согласование пьезоэлементов с внешней цепью, а также недостаточно высокие значения пьезомодуля д,,(й 15 ° 10 КлН) и коэффициента электромеханической связи (Кр 6 0,25).

Наиболее близок к предлагаемому пьезоэлектрический керамический материал (2J, содержащий NaNbO), LiNbO

SrO в следующих количествах, мол.Е:

ИаИЬО 82,53-87,24 ь1ИЬ03 12,22-12,46

Si0 0,3 -2,25

Иатериал имеет следующие значения электрофизических параметров:

При высокой пьезочувствительности эти составы обладают пониженными значениями диэлектрической проницаемости и пьезомодуля. а также спекаются при высокой температуре.

Цель изобретения — повышение диэлектрической проницаемости и пьезомодуля, коэффициента электромеханической связи при сохранении высокой пьезочувствительности и снижение температуры спекания.

Поставленная цель достигается тем, что пьезоэлектрический керамический материал, содержащий Na O, Li О, Nb<0<, SrO, дополнительно содержит CdO при следующем соотношении компонентов, мас.7.:

Na O 16,37- l6,47

1.1 О 1, 12-1, 13

20, 8 l, 03-8 1,4 9

SrO 0,31-0,32

Cd0 0,59- l,17

В табл. 1 приведены примеры конкретного выполнения составов предлагаемого материала.

1089075. Продолжение табл. 1

Пример т 2 9 м с@8, Z К d„, 10, д,.10, о Кл/Н Вм/Н

5,7

9,7

5,64

10,8

5,56

9,4

5,57

6,1

5,46

2,8

5,33

3,2

1,7

5,33 с другой стороны, хорошее электричес-. кое согласование узлов датчиков с измерительными блоками устройств. . Последнее благоприятствует высокому соотношению уровней полезного сигнала и шума в высокочувствительных

ЗО устройствах, в частности устройствах измерения механических воздействий, например, давления. Как правило, увеличение ведет к снижению g и сохранение высоких значений последней не всегда достижимо. Снижение Т „ „ способствует улучшению воспроизводимости свойств полученных материалов путем сохранения заданного стехиометрического состава

40 в результате уменьшения улетучивания компонентов при пониженных

4." „ долговечности и надежности работы технологического оборудования, зкономии материалов (металлов, 45 используемых при изготовлении технологической оснастки).

Наиболее оптимальное сочетание параметров наблюдается в составе 3, 50 у которого т м о

310

Кр а„, К/Н я т, BM/Н

Vg, м/с

0,286

26 10

9,4 10

5,56 10

130 1,9 0,197 11

2IO 2,02 0,25 20

310 2, 63 О, 286 26

400 2, 76 О, 265 26

722 3,3 О, 13 18

904 3, 89 О, 165 25

1580 3, 25 0,117 23

Синтез осуществляют при Т

2

= 800 С, Т = 850 С. Продолжительность " 25 ч.

Спекание ведут методом горячего прессования при 970-1075 С в зависи-о мости от состава давлении 100—

200 кг/см, длительности термической выдержки при температуре спекания от 40 мин до 6-8 ч.

Более низкие величины давление ((200 кг/см ) и удлиненные изотерЛ мические выдержки (6-8 ч) применяют при изготовлении материалов в виде крупногабаритных блоков размерами

110 110 25 мм и 4 70 25 мм

Поляризацию образцов проводят в силиконовом масле при 140 С в течение 45 мин в поле напряженностью

40-60 кВ/см с последующим охлаждением под полем до 90 С. о

Как видно из табл. 1, введение

Cd0 приводит к существенному повышению диэлектрической проницаемости (в 2,4-3 раза), пьезомодуля (в 1,52 раза) и коэффициента электромеханической связи при сохранении значений пьезочувствительности, а также к снижению температуры спекания (на 100-200.С). Повышение Eэ„ /Eо о т обеспечивает, с одной стороны, увеличение электростатической емкости между электродами без изменения (уменьшения) геометрических размеров устройство (затруднившего бы технологию их изготовления), 3 -14

Vg" 10 Е„ь 10 Тспм м/с Н/м оС

1,39 1065

1,33 1060

1, 17 1060

1;17 1020

1,22 975

1, 13 970

1,12 1075

10890/5 ется ухудшение Свойств, т.е. уменьшение g>, КР, V .

В табл. 2 приведены значения электрофизических характеристик

5 предлагаемого и известного (2j, материалов, а также промышленных материалов, применяемых в ВЧ-технике.

Модуль Юнга Е

Н/м 1, 17 ° 10

Удельное объемное сопротивление,Р „, Ом-и 3, 1 10"

За пределами предлагаемых концентраций (составы 1, 5, 7) наблюдаТ а б л и ц а 2

Мат ер иал

Параметры

g, 10, Вм/Н, м/с

К

450 (Na, К) Nb0

0,5

Прототип

0,45

4,5

12,2

О, 14-0, 22

0 0,17

0,25-0,286

ТБКС

Предлагаемый

Как видно из табл. 2, предлагаемый материал может более эффективно использоваться для создания высокочувствительных датчиков.

Составитель Н.Фельдман

Техред А. Кикемезей Корректор О.Билак

Редактор Л.Пчелинская

Заказ 2861/20 Тираж 606 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР ло делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", г.Ужгород, ул.Проектная, 4

110-130

450+50

210-480

7,3 — 9,8

>4,5

6, 1 — 10,8

5, 58-5,86

4,5-5,0

5,57-5,64