Способ изготовления пьезоэлектрической керамики

Способ изготовления пьезоэлектрической керамики

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

(72) Авторы изобретения

П. В. Кпм, Н. В. Волков, Г. П. Попов, А. H. Мень и В. В. Майзель (54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ

КЕРАМИКИ

Изобретение относится к технологии производства пьезоэлектрических материалов с сегнетожесткими свойствами, применяемых в качестве резонаторов и фильтров в радиоэлектронной аппаратуре, а также датчиков давления, вибраторов и твд

Известен способ изготовления пьезоэлектрической керамики на основе цирконата-титаната свинца с добавками оксида хрома в котором используется шестивалентный оксид С}"0 $1)

Однако в этом случае не удается получить достаточно высокий пьезоэффект и имеют место большие разбросы пьезомодупя.

Известны также способы изготовле ния керамики из цирконата титаната свинца с добавлением C}" C} ïðåññîâàíèåì и спеканпем изделия в закрытых тиглях (2) и }3) .

Наиболее близким к предпагаемому явпяется способ изготовления пьезоэлектрической керамики на основе цирконататитаната свинца, включающий rrpeABapHтельный синтез соединения РЬ (Т1,7л-) 0 из оксидов при термообработке, размол полученного синтезированного соединения, введение в шнхту добавки оксида трехвапентного хрома (С;}"

Однако сложность использования хрома в качестве модифпсатора заключается в том, что ионы хрома могут находиться в разпичных степенях окисления. B результате термообработки фаз появляются

} РЬфС}-О н РЬ С}"О,которые содержат шестивалентный хром. При этом процесс окисления С и Q. практически неуправ+3 +6 ляем, т.е. невозможно заранее предсказать, какое количество (доля) ионов

20 хрома изменяет степень окисления в результате термообработки материала, т.е. . переходит в состояние t}" + . Увеличение количества шестивапентного хрома

8974 . 4

5 15

ЗО

Ф

55

3 94 нежелательно, так как приводит к переходу керамики из сегнетожесткой в сегнетомягкую. Кроме того, в процессе выжигания пластифнкатора, проводимом прн высоких температурах, расходуется большое количество кислорода, недостаток которого может привести к восстановлению свинца. Следствием появления посторонней фазы (металлический свинец) в составе материала является увеличение тангенса угла диэлектрических потерь, что влечет увеличение тепловых потерь.

Бель изобретения — увеличение пьезомодуля и уменьшение его разброса.

Поставленная цель достигается тем что согласно способу изготовления пье зоэлектрической керамики из цирконататитаната свинца путем формования заготовок из шихты, содержащей предварительно синтезированное соединение

Q(gz Z>) g, добавку оксида трехвалентного хрома и пластификатор выжигания ппастифнкатора и спекання без доступа воздуха, в качестве добавки в шихту допопнительно вводят оксид шестивалентного хрома при соотношении С -0 . Cr Oy от 2:3 до 3:2, а выжигание пластифнка тора проводят пои температуре 550650 С в течение 2-3 ч, причем при выжигании пластифякатора скорость подъема температуры составляет 140-170 С/ч

Введение в состав модификатора оксида шестивалентного хрома С}"Q, проведение процесса выжигания пластификатора при низких (550-650 С) теьатературах и защита обжигаемого состава от атмосферы при высокотемпературном обжиге позволяют достичь того, что соотношение между количеством ионов трехвалентного / и шестивалентного хрома в готовом образце соответствует заранее выбранной величине, что, в свою очередь, приводит к повышению стабильности характеристик обрал(ов кащой партии. Кроме того, заметно возрастают значения пьезомодуля;

Пример, Взвешивают 342,2648г оксида свинца (РЬО) марки "глет, 100,1479 r оксида циркония (Ъ"Оя ) марки БРО-К, 57,5873 г оксида титана { Т10 ) марки "конденсаторная, затем производят смешения оксидов в шаровой мельнице в течение 1 ч, после чего смесь брикетируют под давлением

700 кг/см и нагревают в течение

15 ч по 950 С, выдерживают при этой температуре 3 ч и охлаждают в течение

8 ч. Охлажденные брикеты подвергают размолу в шаровой мельнице с добавлением 1,25 r оксида шестивалентного хрома и 1,25 r оксида трехвалентного хрома, что соответствует соотношению масс указанных оксидов 1:1. Полученную массу пластифицируют 25 r 5%-ного раствора поливинипового спирта, прессуют в заготовки, помещают в никелевые контейнеры, нагревают со скоростью 160—

170 С/ч до 650 С и выдерживают 2 ч, Поспе охлаждения контейнеры герметизируют и проводят окончатепьную термообработку: нагрев до 1230 С в течение

33 ч, 2,5-часовая,изотермическая выдержка и охлаждение в течение 16-17 ч.

Аналогичным образом готовят образцы и с другими соотношениями С(-О и Су-2Щ.

Параллельно. проводят изготовление изделий из цнрконата-гитаната свинца по известному способу. Характеристики всех полученных изделий (с различным соотношением масс О"Оу и С " О ) приведены в табл. 1.

Характеристики материала в зависимости от режима выжигания пластифпсатора приведены в табл. 2.

Из данных, приведенных в табл. 1, видно, что значения пьезомодуля имеют наибольшие, а значения дисперсии пьезомодуля — наименьшие, по сравнению с другими, величины тогда, когда соотношение масс оксидов СгО ь Сгд О изменяется в пределах or 2:3 до 3:2.

Данные табл. 2 позволяют утверждать, что оптимальное сочетание электромагнитных параметров (высокий пьезомо дуль и большая диэлектрическая прони« цаемость) получаются у материала, который при выжигании пласжфикатора нагревается со скоростью 140-170 С/ч до температуры 550-650 С и выдержиим ется при этой температуре 2 ч. Если нагрев производится до температуры о.

500 С, выжигание пластификатора идет крайне медленно, так как низка скорость его окисления, вследствие чего получается пьезокерамика низкого качества. Если пластификатор выжигается при температуре, 5О .700 С и выше, становится заметным процесс его разложения с образованием восстановительных комппексов, что, в конечном итоге может привести к восстановлению ионов Р ц+ до РЦ .

948974

Таблица 1

Пьезомодуть

3 » «10 7

Кл/Н

Соотношение масс СгО > и Ст О

Диэлектрическая проницаемость / со . т

Скорость звука Qg м/с

Дисперсия по пь езомодулю

Без CrO> (в процессе термообработки появляются ионы СГ согласно известному способу Р1

3360

2778

160

6,4.5

1: 4

3530

4,58

4,55

4,56

3440

160

2: 3

1! 1

2640

3363

170

2745

3: 2

2670

160

3370

4,56

4,55

3383

2600

150

4: 1

3670

2010

4,61

1030

500

4500

500

3450 168

2740

550

2760 33 90 1 70

550

2p756 . 3392 170

2745, 336 3 . 1 70

650

650

2470

3540 135

1700

700

4100

П р и м е ч а н и е . Ct О . и Cr Q> содержатся по 0,25 вес. % каждый от общей массы.

100»1 20

100-120

140-150

160-170

160-170

1 90-200

160-170

Формул а изобретения

1. Способ изготовления пьезоэлектрической керамики из цирконата- жтаната сщпща путем формования заготовок из шихты, содержащей предварительно син/тезированное соединение Pb(Tq, -) O, -, 5S добавку оксида трехвалентного хрома и пластификатор, выжигания пласчмфикатора и спекания без доступа воздуха, о т - л и ч а ю шийся тем, что, с целью увеличения пьезомодуля и уменьшения его разброса s качестве добавки в шихту допсюппютельно вводят оксид шестивалентного хрома при соотношении Ct 0 . Оф от

2: 3 до 3 . 2, а выжигание пластифнкатара проводят ща температуре 550650 С в течение 2-3 ч.

2.Способпоп. 1, отличаюггг и и с я тем, что при выжигании плас7 9489 яфя тора скорость подъема температу ры составляет 140 1704C/÷. т

Источники информааии, щжнятые во внимание щи экспертизе

1. Патент США Ж 8006857, кл. 252 62.9, 1961.

74 8

2.и1е е сИеь claret, А.А "А stud офPhaSe СоеРсаЖо О 1 ре РЬ(Т;, ÄZyÄ)0, piesoeKec4ric ceramic doped ЧчНЬ С О,",ЯВНц%ч,1976,Ч. 10, АЗИЗ, р .Х1 5.

3. Смажевская Е. Г., Фельдман Н. Б.

Пьезоэлектрическая керамика. М., "Советское радио", 1971, с. 50-84.

Составитель Н. Фельдман

Редактор Л. Алексеенко Техред 3. Палий Корректор У. Пономаренко

Заказ 5693/5 Тираж 641 Подписное

ВНИИПИ 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