Способ изготовления пьезоэлектрического керамического материала

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН . НОМИТЕТ СССРНИЙ И ОТНРЫТИИ ГОСУДАРСТВЕННЫПО ДЕЛАМ ИЗОБ Я БРЕТ НБетпг 1 с 6 ОПИСАНИЕ И(71) Мурата Мануфакчуринг Компани.8044 1 А иРЪТ 10, где 1/4с3/4, 0,01х0,040 и 0,60з0,99, путемсмешивания исходных соединений свинца, олова, Сурьмы, титана, их обжигапри 600-900 С, измельчения, формования заготовок и спекания при 10001350 С, о т л и ч а ю щ и й с я тем,что, с целью повышения механическойпрочности, в шихту дополнительновводят 0,05-.5 мас.Ъ. по крайней мереодного соединения из группы МО, МдО,СгО, а спекание проводят в атмосФере кислорода при,содержании О неменее 80 об,Ъ,2Способ по п.1 о т л и ч а ю -щ и й с я тем, что в шихту дополни- Ятельно вводят по крайней мере односоединение кальция, бария, стронция,:кадмия иэ расчета замещения до 20 ат.Ъсвинца в конечном продукте.,Данное изобретение относится к пьезотехнике и может быть использовано для изготовления керамики на основе твердых растворов РЬ(Эл ЭЬ Оз -- РЬТ 10 зПьезоэлектрическая керамика на ос нове титаната-цирконата свинца широко используется для изготовления пьезоэлектрических преобразователей, частотноселективных устройств, пьезоэлектрических элементов зажигания. 10 Одной из важных технологических операций, влияющих на рабочие характеристики керамики, является обжиг, который осуществляется на воздухе в атмосфере паров оксида свинца Г 1 3. .15Однако получаемая таким образом керамика имеет относительно высокую пористость и большой средний .размер пор в диапазоне от 5-15 мкм, что делает невозможным ее применение в ряде устройств, в частности, когда один из размеров электродов близок к 15 мкм или меньше. Наличие пористости уменьшает механическую прочность .керамикии некоторые другие харак теристики.Известен способ уменьшения пористости пьезоэлектрической керамики из . цирконата-титаната свинца-лактана эа счет обжига ее в атмосфере кислорода 21.Хотя такой процесс делает возможным получение керамики с низкой пористостью, .он имеет серьезный недостаток, который заключается в том, .что в спекаемой керамике ос таются очень крупные поры вследствие.соединения малых пор.Наиболее близким к предлагаемому является способ получения материала,имеющего состав РЬ(ЭгцВЬ 1),Т 1 Е у 10 з 40 где 1/4 са с 3/4, 0,01 с.х 0,2 з. Материал получают формованием заготовок иэ обожженного при 600-900 С исходного порошка смеси соединений свинца, олова, сурьмы, титана с последующим 45 их спеканием в воздушной атмосферепри 1000-1350 С Г 33.Основным недостатком укаэанного способа является относительно высокое значение пористости и малое значение добротности.5Целью изобретения является повышение механической прочности.Указанная цель достигается тем, что согласно способу изготовления пьезоэлектрического керамического материала, содержащего х РЬ(Эьц 9 Ь )оиРЬТ 1 0, где 1/4 соС с 3/4,. 0,01 с х с 0,40 и 0,60 йу с 0,99, путем смешивания исходных соединений свинца, олова, .сурьмы, титана, их 60 обжига при 600-900 оС, измельчения; формования заготовок и спекания.при 1000-1350 С, в шихту дополнительно ,вводят 0,05-5 мас.Ъ по крайней мере1 одного соединения из группы ЯО, 65 МьО, С ОЗ., а спекание проводят ватмосфере кислорода при содержанииО не менее 80 об.Ъ.Кроме того, в шихту можно дополнительно вводить по крайней мере.одно соединение кальция, бария,стронция, кадмия иэ расчета замещения до20 ат.Ъ свинца в конечном продукте.Изготовление образцов проводят,следующим образом.Исходные сырьевые материалы (оксиды карбонаты, гидрооксиды, оксалаты и т,п.) перемешивают мокрым способом в шаровой мельнице не менее10 ч, после сушки эту смесь обжигают в течение нескольких часов при600-900 С. Спек измельчают, гранулируют и прессуют заготовки при давлении 700-1000 кг/см. Спекание проводят в атмосфере кислорода 80 об.В)при максимальной температуре, лежащей в интервале 1100-1350 С.При обжиге сначала образуется промежуточная фаза со структурой типапирохлора РЬ 5 о 2 5 Ь 0 ,которая присутствует на границах зерен вплотьдо 1200 С. Эта фаза обеспечивает миграцию кислорода и способствует образованию малопористой керамики, на конечной стадии спекания эта фаза преобразуется в фазу РЬ(5 пЯ )03 соструктурой типа перовскита.Для того, чтобы получить керамикус очень низкой пористостью и размером зерна .не более 10 мкм, предпочтительно испольэовать тонкозернистыематериалы со средним размером зернане более 4 мкм, и спекание проводятпри 1000-1200 С,Если испольэовать атмосферу с содержанием не с 95 об. кислорода,то получают керамику с малым количеством пор и высокой механическойпрочностью, атмосферу с высоким содержанием кислорода можно создаватьтолько перед образованием закрытыхпор (при 1000 С ), при содержанииРЬ(9 п ЗЬ. ) Оз более 40 мол.Ъ керамика плохо спекается и коэффициентэлектромеханической связи КР не превышает 5. Если величина с выходитза пределы 1/4-3/4, то спекание затруднено, так как образуются другиесоединения Добавка МвО улучшает величину КР.Добавка МО задерживает рост зерна и способствует улучшению температурной стабильности резонансной частоты, Добавка С 03 способствует улучшению характеристик теплового старения, При содержании добавок более 5 мас.Ъ возникают трудности в спекании керамики и ее поляризации.Химический состав изготовленных образцов и концентрация кислорода Ч при обжиге приведены в табл.1.ВНИИПИ За дписное иал ППП ф л,Проектная, 4 В табл.2 приведены значения диэлектрической проницаемости Ез /Еэ, точки Кюри, коэффициентов электромеханической связи К и К и механичесРкой добротности О.р и Й , . Образцы поляризуют полем 3,0-4,0 кВ/мм 1 9/20 0,05 0,95 6,0 6,0 2 1/2 0,05 0,95 3 1/4 0,15 0,85 6,0 ,6,0 6,0 41/4 0,15 0,85 6,0 5 9/20 0,25 0,75 6 9/20 0,25 0,75 7 9/20 0,25 0,75 8 9/20 0,25 0,75 9 1/2 035 065 10 1/2 0,35 0,65 при 200 С. Измерения на толщинной моде колебаний проводят на тонких дисках толщиной 300 мкм, Измерения . Я,К проводят после выдержки в течение .1 ч при 1500 С, а К - после повторной такой шлифовки,Таблица 1 ж в 1003,0 3,0 3,0 100