П'єзокерамічні матеріал

 

Винахід відноситься до галузі виробництва п'єзокерамічних матеріалів, призначених для виготовлення випромінювачів і приймачів ультразвуку, електромеханічних перетворювачів.

Стабільність електрофізичних властивостей пьезокерамического елемента (п'єзоелемента) протягом його терміну служби, а також відтворюваність параметрів визначається в першу чергу стехиометрической формулою використовуваного матеріалу, а також якістю і стабільністю сировинних матеріалів, використовуваних для виробництва п'єзокерамічних матеріалів, режимами основних технологічних процесів (синтез матеріалу, спікання заготовок, поляризація).

Відомий п'єзокерамічні матеріал, що містить оксиди свинцю, цирконію, титану, стронцію, вольфраму, вісмуту, кадмію та нікелю при наступному співвідношенні компонентів, мас.%:

PbO64,05-64,52
ZrO219,11-20,30
TiO210,92-11,52
SrO1,54-2,25
WO3CdO0,59-1,18
Ni2O30,59-1,18

(див. опис винаходу до патенту РФ №2288902, МПК C04B 35/491, публікація 10.12.2006).

Недоліком відомого матеріалу є низьке значення відносної діелектричної проникності в порівнянні з пропонованим матеріалом.

Відомий п'єзокерамічні матеріал, прийнятий в якості прототипу, що містить оксиди свинцю, стронцію, натрію, вісмуту, титану і цирконію (див. опис винаходу до авторським свідоцтвом СРСР №1840654, МПК C04B 35/472, публікація 20.05.2008).

Недоліком відомого пьезокерамического матеріалу є недостатня температурна стабільність електрофізичних властивостей.

Технічним завданням, на вирішення якої спрямовано пропоноване винахід, є отримання пьезокерамического матеріалу, що володіє поліпшеною температурною стабільністю.

Технічна задача вирішується тим, що п'єзокерамічні матеріал містить оксиди свинцю, стронцію, натрію, вісмуту, цирконію і титану при наступному співвідношенні компонентів, мас.%:

PbO2O0,376-0,888
Bi2O33,557-8,401
ZrO221,313-22,150
TiO211,528-12,050

Пропонований склад дозволяє отримати п'єзокерамічні матеріал, що володіє поліпшеною температурною стабільністю і наступними електрофізичними параметрами:

- відносна діелектрична проникність εтззпро: 2250-2800;

- пьезомодуль: d31=(200±35), 10-12Кл/Н;

- пьезомодуль: d33=(470±70), 10-12Кл/Н;

- тангенс кута діелектричних втрат: tgδ≤1,9%.

Пропонований матеріал виготовлявся за звичайної керамічної технології.

При відпрацюванні технології виготовлення пропонованого матеріалу були виготовлені чотири партії шихти, що містять оксиди свинцю, вісмуту, цирконію, титану, натрію і стронцію в наступних мас.%:

шихта №1: PbO - 58,613; SrO - 1,473; Na2O - 0,600; Bi2O3- 5,671; ZrO2- 22,288; TiO2- 11,355;

шихта №2: PbO - 58,704; SrO - 1,475; Na2O - 0,601; Bi2O3- 5,680; ZrO2- 21,883; TiO2- 11,657;

шихта №3: PbO - 58,778; SrO - 1,477; Na2O - 0 - ,695; ZrO2- 21,182; TiO2- 12,180

Співвідношення компонентів у шихті №2 і 3 входять в межі пропонованого винаходу, а співвідношення компонентів у шихті №1 і 4 лежать поза заявлених кордонів.

Змішання компонентів проводилося в вибромельнице протягом 50 хвилин. Після чого шихта піддавалася синтезу (температурній обробці) при температурі T=870°C і витримки при максимальній температурі 2,8 години. Потім синтезований матеріал піддавався помолу в вибромельнице протягом 20 хвилин до дисперсності Sуд=5500 см2/р. При виготовленні дослідної партії вироблялися фізико-хімічні дослідження матеріалу у відповідності з діючим технологічним процесом (визначення вільної окису свинцю, питомої ваги матеріалу). Проведено рентгенофазовий аналіз (РФА) дослідних партій синтезованого матеріалу.

Пресування заготовок ⌀26×4,5 вироблялося при Руд=750-1500 кг/см2. Процес спікання заготовок відбувався при Τ=1180°С, з витримкою при максимальній температурі 3 години, із застосуванням засипки, що забезпечує атмосферу парів PbO.

Механічна обробка проводилася методом шліфування алмазними колами в розмір ⌀20×1.

Металізація заготовок проводилася завдано�ктрической тунельної печі.

Поляризація здійснювалася в установках камерного типу в повітряному середовищі за наступним режимом:

температура нагріву: T=210°C;

напруженість: E=0,8 кВ/1 мм;

охолодження до 50°C.

Визначення електрофізичних параметрів проводилося відповідно до ОСТ 11 0444-87 «п'єзокерамічні Матеріали» після 5 діб старіння.

У таблиці 1 наведено електрофізичні параметри п'єзокерамічних матеріалів, виготовлених з шихти при різних співвідношеннях компонентів.

У таблиці 2 наведено для порівняння електрофізичні параметри пропонованого пьезокерамического матеріалу, виготовленого з шихти №2, і серійно виготовляються зарубіжні та вітчизняні п'єзокерамічні матеріали, а також прототипу (див. Електронний каталог фірми «MORGAN ADVANCED MATERIALS», США: http://http://www.morganelectroceramics.com/materials/soft-pzt/; Електронний каталог фірми «APC International Ltd.», США: https://www.americanpiezo.corn/apc-materials/piezoelectric-properties.html; Електронний каталог фірми «Ferroperm Piezoceramics», США: http://www.ferroperm-piezo.coni/; ОСТ 11 0444-87 «п'єзокерамічні Матеріали»).

У таблиці 3 наведено температурні залежності електрофізичних параметрів п'єзоелементів, виготовлених з шихти №2 пропонованого пьезокерамического матеріалу в інтервалі температур . �зделия електронної техніки, квантової електроніки та електротехнічні. Методи випробувань».

Паралельно проведені аналогічні випробування з визначення температурної залежності електрофізичних параметрів п'єзоелементів, виготовлених з пьезокерамического матеріалу, що виготовляється з шихти №1, результати яких представлені в таблиці 4.

З аналізу таблиці 1 видно, що п'єзокерамічні матеріал, що виготовляється з шихти №1, володіє кращими електрофізичними параметрами порівняно з пропонованим матеріалом пьезокерамичним / з шихти №2 і №3. Проте температурні відходи пропонованого пьезокерамического матеріалу значно менше температурних відходів пьезокерамического матеріалу, що виготовляється з шихти №1, про що свідчить порівняння значень таблиць 3 і 4. Електрофізичні параметри матеріалу (див. таблицю 1), що виготовляється із шихти №4, не відповідають заявленим значенням.

Таким чином, пропоноване винахід дозволяє поліпшити температурну стабільність пьезокерамического матеріалу, що володіє заявленими електрофізичними параметрами.

PbO56,649-60,431
SrO0,332-2,375
Na2O0,376-0,888
Bi2O33,557-8,401
ZrO221,313-22,150
TiO211,528-12,050



 

Схожі патенти:

П'єзоелектричний керамічний матеріал

Винахід відноситься до пьезокерамичним / матеріалах і може бути використане при створенні ультразвукових перетворювачів, зокрема пристроїв медичної діагностики. П'єзокерамічні матеріал на основі системи твердих розчинів aNaNbO3+bKNbO3+cCuNb2O6 (а+b+с=100%) містить оксиди натрію, калію, ніобію і міді при наступному співвідношенні компонентів, мас.%: Na2O 13,87-14,87; K2O 4,24-5,62; Nb2O5 79,32-79,70; CuO 1,19. Технічний результат винаходу: матеріал характеризується підвищеним значенням відносної діелектричної проникності , при збереженні досить високих значень механічної добротності (Qm=1050) і п'єзоелектричних характеристик. Це обумовлено утворенням в процесі спікання проміжних Cu-вмісних сполук з низькою температурою плавлення, з якими пов'язане формування рідких фаз, які сприяють утворенню більш досконалої мікрокристалічної (зеренной) структури. 2 табл.
Винахід відноситься до п'єзоелектричним керамічним матеріалам. Технічний результат винаходу полягає в зниженні відносної діелектричної проникності і механічної добротності, у підвищенні пьезочувствительности, коефіцієнта електромеханічного зв'язку планарної моди коливань, швидкості звуку. П'єзоелектричний керамічний матеріал містить такі компоненти, мас.%: Na2O 9,41-9,51; K2O 12,25-12,42; CdO 0,75-1,12; Nb2O5 77,22-77,32. 3 пр., 3 табл.

П'єзоелектричний керамічний матеріал

Винахід відноситься до п'єзоелектричним керамічним матеріалам. Технічний результат винаходу полягає в підвищенні коефіцієнта електромеханічного зв'язку планарної моди коливань, зниження відносної діелектричної проникності. П'єзоелектричний керамічний матеріал містить такі компоненти, мас.%: Na2O 8,61-8,70; К2О 11,15-11,26; Li2O 0,49-0,50; Та2О5 11,37-11,49; Nb2O3 61,59-62,19; Bi2O3 0,37-1,10; Fe2O3 0,13-0,38; Sb2O5 5,31-5,37. 3 пр., 3 табл.

П'єзоелектричний керамічний матеріал

Винахід відноситься до п'єзоелектричним керамічним матеріалам. Технічний результат винаходу полягає в зниженні механічної добротності, відносної діелектричної проникності поляризованих зразків, у підвищенні пьезомодуля, пьезочувствительности, питомої чутливості, коефіцієнта електромеханічного зв'язку планарної моди коливань. П'єзоелектричний керамічний матеріал містить такі елементи, мас.%: Na2O 8,77-8,84; K2O 11,36-11,44; Li2O 0,32-0,33; Ta2O5 11,58-11,67; Sb2O5 3,53-3,56; Nb2O5 62,71-63,17; NiO 0,99-1,73. 3 табл., 3 пр.

П'єзоелектричний керамічний матеріал

Винахід відноситься до п'єзоелектричним керамічним матеріалам. Технічний результат винаходу полягає в зниженні відносної діелектричної проникності та температури спікання матеріалу. П'єзоелектричний керамічний матеріал містить такі компоненти, мас.%: PbO 64,36-64,43; Nb2O5 22,72-23,04; TiO2 3,43-3,80; BaO 2,32-2,33; MgO 0,19-0,22; NiO 0,35-0,40; ZnO 6,17-6,18. 2 пр., 3 табл.

П'єзоелектричний керамічний матеріал

Винахід відноситься до п'єзоелектричним керамічних матеріалів і може бути використано в низькочастотних приймальних пристроях, гидрофонах, сонарах, що працюють в гідростатичному режимі, акустичних приймачах, датчиках тиску. Склад матеріалу, мас.%: PbO 69,39-69,68, Nb2O5 17,98-19,28, TiO2 7,46-8,73, MgO 1,76-1,90, NiO 1,08-1,14 і ZnO 0,77-0,83, що відповідає фазовому складу: aPbTiO3+bPbNb2/3Mg1/3O3+cPbNb2/3Ni1/3O3+dPbNb2/3Zn1/3O3, де а=30.00÷35.00 (мол.%), b=41.95÷45.41 (мол.%), c=13.93÷14.77 (мол.%), d=9.12÷9.82 (мол.%), a+b+c+d=100%. Гетеровалентное модифікування матеріалу на основі PbO (Pb2+), Nb2O5 (Nb5+), TiO2 (Ti4+) і Zn (Zn2+) оксидами двовалентних металів Mg (Mg2+) та NiO (Ni2+) призводить до утворення кисневих вакансій в процесі спікання і до формування сегнетомягкой структури, підвищення мобільності доменних стінок і, як наслідок, підвищенню діелектричної проникності ε 33 T ε 0 , пьезомодуля d33, гідростатичного пьезомодуля dh і гідростатичної добротності dh·gh і зниження механічної добротності Qm за рахунок посилення внутрішнього тертя при великій рухливості доменних стінок. 2 табл.
Винахід відноситься до керамічного матеріалу, містить цирконат-титанат свинцю і додатково включає Nd і Ni, і може бути використане для виготовлення п'єзоелектричних збудників

П'єзокерамічні матеріал

Винахід відноситься до пьезокерамичним / матеріалах і може бути використане при створенні пьезопреобразователей для приладів високотемпературної виброметрии, УЗ-апаратури для дефектоскопії і дефектометрии, УЗ-медичної діагностичної апаратури, геофізичної УЗ-апаратури та високочастотної гідроакустичної апаратури (звуковидение)

П'єзоелектричний керамічний матеріал

Винахід відноситься до п'єзоелектричним керамічним матеріалам на основі титанату свинцю і може бути використане в низькочастотних приймальних пристроях - гидрофонах, мікрофонах, сейсмоприемниках, а також у приладах медичної діагностики, що Працюють на навантаження з низькоомним вхідним опором

П'єзоелектричний керамічний матеріал

Винахід відноситься до п'єзоелектричним керамічним матеріалам на основі цирконата-титанату свинцю і може бути використане в високовольтних актюаторах лазерних адаптивних систем, компенсаторів вібрації обладнання, приладів точного позиціонування об'єктів (микролитография, тунельні растрові мікроскопи), а також у паливно-розподільчих системах бензинових і дизельних двигунів
Винахід відноситься до області п'єзокерамічних матеріалів, призначених для виготовлення багатошарових ультразвукових пристроїв у вигляді шаруватих гетероструктур, які є основою різних п'єзодатчиків (тиску, медичної діагностики, емісійного контролю гідроакустичної апаратури тощо), що працюють в режимі прийому. Зазначені матеріали також можуть бути використані для виготовлення багатошарових п'єзоелектричних актюаторов, пьезоклапанов, низькочастотних пьезовибраторов та інших типів пьезопреобразователей. Пропонований п'єзокерамічні матеріал за своїм складом відноситься до твердих розчинів системи PbTiO3-PbZrO3-PbNi1/3Nb2/3O3-PbZn1/3Nb2/3O3, що містять в якості легуючих добавок SrO, WO3, Bi2O3 і CdO, при наступному співвідношенні компонентів, мас.%: PbO 66,94-67,42, ZrO2 11,42-11,96, TiO2 9,02-9,43, SrO 0,35-0,40, WO3 0,16-0,27, Bi2O3 0,49-0,65, CdO 0,12-0,21, Nb2O5 8,18-8,39, ZnO 0,78-0,84, NiO 1,58-1,75. Технічний результат винаходу полягає у створенні пьезокерамического матеріалу з більш високими значеннями (порівняно з прототипом) діелектричних і п'єзоелектричних параметрів при збереженні температури спікання на рівні 950°C. 3 табл.

П'єзокерамічні матеріал

Винахід відноситься до області сегнетомягких п'єзокерамічних матеріалів широкого застосування, призначених для виготовлення ультразвукових пристроїв, що працюють в режимі прийому, п'єзодатчиків різного призначення, а також для виготовлення багатошарових п'єзокерамічних елементів: актюаторов, биморфов та ін., які знаходять застосування для контролю і точного позиціонування технологічного обладнання в мікроелектронному виробництві, для стикування і підстроювання оптичних волокон, при автоюстировке і підстроювання лазерних дзеркал інтерферометрів, для керування лазерним променем в різних системах. П'єзокерамічні матеріал містить такі компоненти, мас.%: PbO 62,90-64,08; ZrO2 18,96-20,10; TiO2 10,85-11,63; SrO 1,53-2,64; WO3 0,34-0,62; Bi2O3 1,01-1,86; Ni2O3 0,08-0,23; CdO 0,59-1,18; GeO2 0,2-1,0. Технічний результат винаходу полягає в зниженні температури спікання пьезокерамического матеріалу (Тсп≤940°С) нижче температури плавлення срібла (Тпл=960,8°С), що забезпечує можливість використання срібла для міжшарових електродів, а також більш високі електрофізичні параметри у порівнянні з відомими аналогами матеріалів цього класу. 1 пр., 1 табл.

Спосіб приготування безводних плівкоутворюючих розчинів для формування сегнетоелектричних плівок цирконата-титанату свинцю з низькою температурою кристалізації

Винахід відноситься до галузі хімічного синтезу металовмісних розчинів складного складу, що включають як алкоксидние, так і карбоксилатні похідні металів, застосовуваних для одержання оксидних твердих розчинів з використанням золь-гель технології, а саме до способів приготування безводних плівкоутворюючих розчинів для формування сегнетоелектричних плівок цирконата-титанату свинцю з низькою температурою кристалізації і може бути використане в технології мікроелектроніки і, зокрема, для виробництва енергонезалежних радіаційно-стійких сегнетоелектричних запам'ятовуючих пристроїв
Винахід відноситься до керамічного матеріалу, містить цирконат-титанат свинцю і додатково включає Nd і Ni, і може бути використане для виготовлення п'єзоелектричних збудників

Спосіб приготування безводних плівкоутворюючих розчинів для формування сегнетоелектричних плівок цирконата-титанату свинцю

Винахід відноситься до галузі хімічного синтезу металовмісних розчинів складного складу, що включають як алкоксидние, так і карбоксилатні похідні металів, застосовуваних для одержання оксидних твердих розчинів з використанням золь-гель технології, а саме до способів приготування безводних плівкоутворюючих розчинів для формування сегнетоелектричних плівок цирконата-титанату свинцю, і може бути використане в технології мікроелектроніки і, зокрема, для виробництва енергонезалежних сегнетоелектричних запам'ятовуючих пристроїв
Винахід відноситься до хімічної технології отримання нанопорошків композиційних матеріалів на основі оксидів свинцю, титану і цирконію, що використовуються для отримання кераміки зі спеціальними властивостями

П'єзокерамічні матеріал

Винахід відноситься до області сегнетожестких п'єзокерамічних матеріалів, стійких до електричних і механічних впливів, призначених для ультразвукових пристроїв, в тому числі багатошарових і працюють при сильних електричних і механічних впливах

П'єзокерамічні матеріал

Винахід відноситься до області сегнетомягких п'єзокерамічних матеріалів, призначених для ультразвукових пристроїв, що працюють в режимі прийому, різних п'єзодатчиків, а також для пристроїв монолітного типу, таких як багатошарові п'єзоелектричні актюатори

П'єзокерамічні матеріал

Винахід відноситься до області сегнетожестких п'єзокерамічних матеріалів
Up!