Способ получения пьезокерамических материалов на основе цирконато-титаната свинца

Способ получения пьезокерамических материалов на основе цирконато-титаната свинца

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

А. И. Савоськина, Л. Д. Афанасенко, В. Н.---Походенко и Н. И. Талах

l (72) Авторы изобретеиия > аг Ю (7i) Заявитель (5") СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПЬЕЗОКЕРАМИЧЕСКИХ

МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ ЦИРКОНАТО-ТИТАНАТА СВИНЦА

Изобретение относится к способам получения и ьезокерами чески х материалов — легированных Zn, Bi, Мп либо

Zn, Bi, Mn, Sr твердых растворов цирконата-титаната свинца (ЦТС), применяемых в пьезотехнике.

Известен способ получения легированных Zn, Вi, Мп либо Zn, Вi, Мп, Sr твердых растворов цирконато-титаната

О . свинца, заключающийся в смешении порошкообразного карбоната свинца с окислами титана, циркония и легирующих металлов с последующим прокаливанием полученной шихты при 850 С, помолом и спеканием готового яродукта (1) (2).

Керамика из приготовленных таким способом порошков спекается при высокой температуре (1100 + 20 С), при этом она обладает низкими величинами коэффициентов электромеханической связи (0,25 — 0,42).

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ получения пьезокера= мических материалов на основе ЦТС про кали вани ем шихты, при готовлен ной. осаждением из водных растворов соединений свинца и легирующих добавок на твердую фазу соединений титана и циркония при рН 8,5 — 9,0. В качестве осадителя по этому способу используют смесь растворов концентрированного аммиака (20 — 254) и кар1О боната аммония в отношении 1: 8 — 1: 10

Е>3.

Недостатком способа являются низкие значения электрофизических параметровв.

Цель изобретения повышение коэффициента электромеханической связи керамики при сохранении стабильности остальных электрофизи ческих параметров цирконата-титаната свинца, леги рованного Zn, В1, Мп или Zn В i Мп, Sr.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу получения пьезо"

89 7759

Таблица 1

Количество, л, необходимое для получения пьезокерамических материалов на основе

Концентрация раствора, Раствор мол/л

Свинец азотноки слый

1,08;

56,36

56,09

55 17

Стронций азотно ки слый

2,83

О, 409

1,51 керамических материалов на основе цирконата-титаната свинца осаждением с помощью карбоната аммония соединений свинца и легирующих металлов из растворов их солей на порошкообразные соедийения циркония и титана с последующими операциями прокаливания, помола и спекания осаждения ведут при рН 7,8 - 8,2.

Кроме того, осаждение ведут на кристаллоподобную карбонизированную гидроокись титана и основной карбонат циркония, предварительно высушенные в тонком слое при 80 — 120 С.

При отклонении от указанных пределов рН в процессе осаждения всех компонентов не достигается полнота осаждения легирующих металлов, что ведет к сдвигу химического состава материалов, При этом наблюдается резкое ухудшение величины коэффициента электромеханической связи.

При замене титан- и цирконийсодержащего сырья на окислы или другие соединения либо изменений условий его термообработкч температура спекания о керамики увеличивается на 170 — 250 С

Пример . В реактор-осадитель, снабженный мешалкой, заливают рассчитанные объемы растворов азотнокислых солей.

Перед введением раствора висмута азотнокислого во избежание его гидролиза приливается 1,32 л азотной кислоты (д = 1,35). Затем в реакторосадитель загружают кристаллоподоб ную карбонизированную гидроокись титана и основной карбонат циркония.

Полученную суспензию перемешивают в течение 30 — 40 мин, а затем приливают раствор карбоната аммония со скоросью 15 - 20 л/ч до рН 7,8 - 8,2.

5 Суспензию выдерживают при перемешивании в течение 2-3 ч. После этого осадок отделяют на НУТЧ-фильтре от маточного раствора и прокаливают в виде пасты при 850оС в течение 5 ч.

Синтезированные порошки подвергаются вибропомолу до суммарной удельной поверхности 7/4500 см /r, после чего

2 их спекают в виде дисков 9 20 х 1 мм и измеряют электрофизические свой1 ства. Объемы растворов азотнокислых солей и количество порошкообразных соединений для получения 20 кг пьезокерамических материалов на основе легированных твердых растворов цирко"

20 ната-титаната свинца представлены в табл. 1 и 2 соответственно.

В табл. 3 приведены значения коэффициента электромеханической связи (Кр), материала в зависимости от рН

25 на стадии осаждения.

В табл. 4 представлена зависимость температуры спекания порошков из легированного цирконата-титаната свинца от применяемого титанового и цир30 кониевого сырья.

В табл. 5 приведены электрофизические свойства керамики, изготовленной из легированных твердых растворов

ЦТС.

Предлагаемый способ позволяет

35 снизить температуру спекания керамики до 930 + 20 С, повысить величины коэффициента электромеханической связи до 0,5 (для ЦТС-35) до 0,32 (для

ЦТС-34 и для ЦТС-33) при сохранении

40 высокои стабильности всех остальных параметров.

897759

Продолжение табл, 1 а ее афВ

Концентра ция раствора,мол/л

Раствор

Марганец азотноки слый

0. 196

3.17

2>93

3,17

Цинк азотнокислыйй

5,61

5,61

5,51

О, 319

Висмут азотнокислыйй

0,459

l,83

1,81

1,77

- 0198((РЬО 5г0 ) (Zno Т1 ))0 - 0,02Zr(Bi 7 Ип / )0 !

0.98((РЬ09В ЬгОр1 ) (Znqgy Т1059 )) Оу - 0,02Zr(Big+ Hnq/ )Оу

- О 98Pb(Zn Ti g ) Π— 0,021г(В1 Nn„() О

Таблица 2

Содержаниеосновного вещества, Количество %г, необходимое дпя получения материала на основе

Компоненты

Карбонизированная гидроокись титана

65, 79

4,31

3,77

Основной карбонат циркония

48,56

7,56

6,39

6,52

Т а б л и ц а 3

Примечание рН

0,224

7,5

О 356

0,231

О, 382

7,6

0,244

0,401

7,7

ЦТС-35

ЦТС-34

ЦТС 33

0,240

0,252

0,257

Количество, л, необходимое для получения пьезокерамических материалов на основе

Не достигается пол нота осаждения стронция, марганца, цинка, Состав шихты в заданном соотношении

897759

Продолжение табл.3 рН

Примечание

ЦТС-35

7,8

0,492

О> 507

0,342

О 357

0,342

0,338

8,0

0,496

8,1

8,2

0,340

8,3

0,243

0,238

0,,209

8,4

8,5

Табли ца 4

Температура спекания керамики, С

Исходное порошкообразн титановое цирко

Двуокись титана ТС анатазной модификации

Основной карбонат циркония после распылительной сушки

1160

Двуокись титана ТС Двуокись циркония анатазной модификации

1100 + 20

Кристаллоподобная карбонизированная гидроокись титана, высушенная при

80 — 120 в тонОсновной карбонат циркония после распылительной сушки

1100 + 20 ком слое

Кристаллоподобная карбонизированная гидроокись титана, высушенная при

80 - 120О в тонком слое

Основной карбонат циркония, высушенный при 80 — 120

930 + 20 в тонком слое

0,489

0,507

0 378

О, 365

О, 340

О, 330

О, 331

0,326

0>319

0,328

0,250

0,242

0,230

Появляются в маточном растворе ионы марганца, висмута и цинка (последний в значительных количествах).

Таблица 5

897759

Материал на основе

Частотная постоян

Тангенс угла диэлектрических потерь сцК

Плотност керами ки

3 г/см ная й

883

7,8

983

0,45

0>50

239

ЦТС 35

498

1646

263

7,8

ЦТС-34

0,42

0,32

516

1714

260

7,8

0,38

0,33

ЦТС-33

Составитель В. Дубровская

Редактор Л. Веселовская Техред А. Бабинец Корректор М. лароши

Заказ 1 1858/32 Тираж 639 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 фпвмчла и зобре тения

Способ получения пьезокерамических материалов на основе цирконато-титаната свинца осаждением с помощью карбоната аммония соединений свинца и легирующих добавок из раствора их солей на п .рошкообразные соединения титана и циркония с последующими операциями прокаливания, позо мола и спекания, о тли ч а ющи йс я тем, что, с целью повышения коэффициента электромеханической связи при сохранении стабильности других электрофизи ческих параметров цирконато-титаната свинца, легированного

35 цинком, висмутом, марганцем или цинком, висмутом, маргенцем или стронцием, осаждение ведут при рН 7,8-8,2.

2. Способпоп. 1, о тли ча ю шийся тем, что, с целью снижения температуры спекания, осаждение ведут на кристаллоподобную карбонизированную гидроокись титана и основной карбонат циркония, предварительно высушенные в тонком слое при

ЯО - 120 С.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1, Авторское свидетельство СССР и 286012, кл. Н 01 В 3/00, 1968.

2. Авторское свидетельство CCCP

348128, кл. H 01 L 21/324, 1970

Авторское свидетельство СССР " 509553, кл . С 04 В 35/00, 1974.