Пьезокерамический материал

Пьезокерамический материал

Реферат

 

Изобретение может быть использовано в пьезотехнике для изготовления электромеханических преобразователей. Технический результат изобретения - снижение температуры обжига, достижение повышенной механической прочности и объемного электросопротивления материала. Пьезокерамический материал представляет собой трехкомпонентный твердый раствор титаната свинца, цирконата свинца и натрий-висмутового титаната, в который сверх стехиометрии добавляют 0,5-2 вес.% стекла следующего состава, мол.%: 40-44 PbO, 10-12 TiO₂, 1,0-2,0 Li₂O, 1,0-4,0 Sb ₂O₅, 40-45 SiO₂ . 1 табл.

Настоящее изобретение относится к приборостроению и может быть использовано в пьезотехнике для изготовления электромеханических преобразователей с повышенной механической прочностью.

Известен пьезокерамический материал на основе PbTiO ₃-PbZrO₃ с содержанием SrTiO ₃ и Na_0,5Bi_0,5 TiO₃ (авторское свидетельство № 1840654).

Состав, обладающий оптимальными свойствами, под индексом ЦТСНВ-1, освоен и выпускается промышленностью. Однако образцы, изготовленные из ЦТСНВ-1 в заводских условиях, обладают низкой механической прочностью (например, по МРТУ СЭО 712006 предел механической прочности на растяжение _р=16,7 н/м² , на сжатие _сж=35,0·10⁶ н/м²) и пониженным объемным электросопротивлением (_v при t=20±5°C равно 10 ¹⁰ Ом/см).

Повышение механической прочности и объемного электросопротивления пьезоматериала достигается за счет его модифицирования стеклообразующей добавкой.

Для приготовления стекла используются окислы: PbO, TiO₂, Li₂ O, Sb₂O₅ и SiO ₂.

Стекло имеет следующий состав в молярных процентах:

PbO 40-44; TiO₂ 10-12; Li ₂O 1,0-2,0; Sb₂O₅ 1,0-4,0; SiO₂ 40-45.

Изготовление упрочненных пьезоэлементов включает в себя:

1. Синтез стекла.

2. Приготовление керамической шихты.

3. Введение стекла в керамическую шихту.

4. Прессование заготовок.

5. Обжиг заготовок.

6. Поляризация элементов.

Синтез стекла производится в силитовой печи при температуре 1300-1550°С. Стекло фриттуется. Стекольная фритта высушивается и измельчается до прохождения через сито №0056 (10000 отв/см ²).

Приготовление пьезокерамической шихты осуществляется по принятому в производстве "керамическому" способу или "химическим" способом.

Измельченное стекло добавляется в необходимой концентрации 0,5, 1,0; 1,5; 2,0 вес% сверх стехиометрии пьезокерамического материала перед операцией тонкого измельчения керамики. Прессование заготовок производится на гидравлическом прессе при удельном давлении 800-1200 кг/см ² в зависимости от конфигурации детали.

Заготовки обжигаются в электрической силитовой печи при температуре 1060-1100°C.

Указанные температуры обжига заготовок на 40-60°С ниже, чем температуры, при которых производятся обжиги заготовок, изготовленных из состава, не содержащего стекла. Это обстоятельство важно, так как с повышением температуры обжига летучесть паров окиси свинца увеличивается, вследствие чего параметры элементов ухудшаются.

Изготовленные элементы имеют повышенную плотность (не ниже 7,5 г/см³), нулевое водопоглощение, повышенное объемное электросопротивление (_v до 10¹⁵ Ом/см при t=20±5°C).

Изготовление пьезоэлементов из состава ЦТСНВ-1 с добавкой стекла опробовано в лабораторных и заводских условиях. Изготовлены пьезоэлементы различной конфигурации: шайбы, диски, призмы.

Результаты измерений пьезоэлементов приведены в таблице.

Данные таблицы показывают, что введение стеклообразующей добавки в пьезокерамику ЦТСНВ-1 увеличивает механическую прочность элементов, так как пределы механической прочности не растяжение и сжатие элементов из этой керамики в два раза больше, чем у элементов, изготовленных из немодифицированной керамики.

Электрофизические параметры модифицированной керамики практически не отличаются от параметров пьезокерамики, не содержащей стеклообразующей добавки.

Таблица СоставВес % стеклообразующей добавки tg,%d₃₁, к/н с_зв, м/с КQ_{м p}, н/м² _сж н/м² _v, Ом/см при t=20±5°С ЦТСНВ-1- 1,91850 19529000,45 6016,7·10⁶ 35.10⁶ 1·10¹⁰ -"-0,51,8 1700180 30000,5168 27,5·10⁶80·10 ⁶1·10¹⁴ -"- 1,01,81700 18030000,47 7234,5·10⁶ 80·10⁶ 1·10¹⁵ -"-1,51,8 1660165 31000,3972 31,0·10⁶80·10 ⁶1·10¹⁵ -"- 2,01,81660 16531000,38 7729,0·10⁶ 80·10⁶ 1·10¹⁵

Формула изобретения

Пьезокерамический материал по авт. св. № 1840654, отличающийся тем, что, с целью повышения механической прочности и объемного электросопротивления, он дополнительно содержит 0,5-2% по весу добавки стекла, содержащего, мол.%:

SiO₂ 40-45PbO40-44 TiO₂ 10-15Li₂O 1-2Sb ₂O₅1-4