Способ получения керамики

О/ОЗчл СХАМи.е. м В 6. О П И С А Н И Е (и) 436864ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз Советских Социалистицеских Республик(22) Заявле ением заявкирис Гасуарственный иамитеСаввта Министрав СССРла делам изабретенийи открытий. Г, Сукиязов, Л. Н. Сыркин,Н. П. Чехуновасного Знамени государственныситет С. Новиков,. ТатаренкоТрудового Круниве Ростовский орден аявитель 4) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КЕРАМИ олучению сегнеодниковых матетносится и полуп Изобретение о к птоэлектрических ровриалов.Сульфоиодид сурьмы (ЬЬБ 1) обладает полупроводниковыми и, при температуре ниже +20 С, сегнетоэлектрическими свойствами. Монокристаллы БЬ 51, относящиеся к разновидности ромбической системы, отличаются высоким значением диэлектрической проницаемости в точке Кюри в=25000 и самой большой величиной пьезомодуля Аз (достигающей 10 - 4 ед, СОЗЕ) среди известных пьезоэлектриков.Монокристаллам этого типа присуща иглообразная форма, причем наиболее интересные свойства (высокая диэлектрическая проницаемость, большой пьезомодуль и т. п.) наблюдаются лишь в направлении сегнетоэлектрической оси, которая совпадает с геометрической осью иглы. Иными словами, монокристаллам этого типа присуща высокая анизотропия их физических свойств, С точки зрения механической прочности, монокристаллы этого типа отличает способность легко расщепляться на отдельные волокна вдоль сегнетоэлектрической оси при различных механических воздействиях. Последнее обстоятельство, а также большое разнообразие размеров и формы кристаллов и их сростков, препятствуют их практическому использованию. Известен способ получения керамики с анизотропией электрических свойств на основеЯЬ 51 с помощью горячего прессования, Поэтому способу монокристаллы, выращенныелюбым известным методом, например, путемгазотранспортной реакции, растирают в порошок. Этот порошок просеивают через сито40 - 60 меш, что соответствует размеру отверстий 0,25 - 0,42 мм. Просеянный порошок за 10 сыпают в прессформу и подвергают предварительному прессованию (формовке) в направлении, которое условно обозначим как ось у,при давлении Р=500 кг/см и комнатнойтемпературе,15 Сформованную таблетку, имеющую видпараллелепипеда, плотно укладывают в другую прессформу из нержавеющей стали таким образом, что давление можно прикладывать к таблетке лишь в направлении, перпен 20 дикулярном оси у. Это направление обозначим как ось х. Таблетку подвергают дополнительной формовке при давленииР.,=1500 кг/см и комнатной температуре,Температуру прессформы с таблеткой по 25 вышают до 350 - 380 С с помощью электрического нагревателя. Полный интервал допустимого изменения температуры не превышает 10 С. После достижения максимальнойтемпературы к таблетке прикладывают дав 30 ление Р=250 - 1000 кг/см. Горячее прессованне продолжают в течение 60 мин, после чего давление может быть снято.Охлаждение прессформы происходит естественным путем до комнатной температуры.Полученные образцы имеют удовлетворительную механическую прочность, хорошо распиливаются алмазной или корундовой пилой, хорошо шлифуются, Обнаруживается некоторая анизотропия электрических свойств керамики, которую легко проследить на примере диэлектрической проницаемости. Наибольшее значение диэлектрической проницаемости вмак,=3000 наблюдается в направлении, перпендикулярном осям х и у (в дальнейшем обозначим как ось г). В направлении оси У вмакс= 1000, а В направлении оси х вмакс=240. Вдоль оси г, в направлении которой давление не прикладывается ни при формовке, ни при горячем прессовании, обнаруживаются наиболее заметные сегнетоэлектрические свойства керамики ЯЬ 51 (наблюдается характерная, но несколько размытая зависимость е, от температуры). Пьезомодуль С 1 зз=1 10 - з ед, СЙБЕ, а дзз=0,6 10 -ед. СЮЕ, Коэффициент электромеханической связи Кзз= 0,35Итак, при формовке в направлении оси у микроскопические обломки иглообразных кристаллов приобретают некоторую ориентацию в плоскости хг. При формовке в направлении оси х микрокристаллы приобретают преимущественную ориентацию в направлении оси г. Обе операции определяют наличие и величину анизотропии у керамики. Затем, при горячем прессовании в направлении оси х, они закрепляются в своих положениях, обеспечивая сохранение анизотропии и механической прочности керамики.Электрические свойства керамики БЬБ 1, полученной известным способом, значительно хуже соответствующих свойств монокристаллов и уступают параметрам широко используемых в настоящее время разновидностей сегнетоэлектрических и полупроводниковых материалов. Резкое ухудшение свойств керамики по сравнению с монокристаллами указывает на то, что преимущественная ориентация монокристаллов вдоль оси г невелика. Следовательно, известный способ создания анизотропии электрических свойств за счет анизотропии механических напряжений в таблетке при прессовании не является достаточно эффективным, чтобы реализовать в керамике ЮЯ 1 основные достоинства монокристаллов этого соединения, одновременно улучшив механическую прочность.Цель изобретения - улучшение у керамики 5 ЬЯ 1 сильной анизотропии электрических свойств.Для этого монокристаллы перед формовкой разделяют на волокна и укладывают в прессформу перпендикулярно осям сжатия при формовке и горячем прессовании, причем волокна укладывают в прессформу неочищенными от пылевых частиц, что приводит к уве 5 ю 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 личению механической прочности керамики,В предлагаемом способе разделение монокристаллов на волокна позволяет увеличитьанизотропию керамики, так как эта операцияучитывает особенности молекулярного и кристаллического строения ЯЬ 51.В основу предлагаемого способа горячегопрессования ориентированной керамикиБЬ 51 положена следующая технология,Монокристаллы, выращенные любым способом, разделяют на отдельные волокна путем раздавливания, например, между листоми массивным цилиндром из нержавеющейстали, Лист и цилиндр имеют гладкую поверхность (без царапин и заусениц), Передначалом работы их тщательно обезжиривают.Эта операция является самым важным шагомк созданию максимально анизотропной керамики.Полученные волокна укладывают горизонтально в прессформу из нержавеющей сталиприблизительно параллельно друг другу. Приэтом производят грубую подгонку длины волокон к размеру прессформы, отрезая излишнюю длину. Далее производят предварительное прессование (формовку) при давлении,направленном вдоль оси у (перпендикулярнонаправлению укладки волокон; Р=750 -1500 кг/см) и при комнатной температуре.Формовка создает необходимое уплотнениеволокон,Таблетку, имеющую вид параллелепипеда,переносят во вторую прессформу из нержавеющей стали так, чтобы верхний и нижнийпуансоны могли сдавливать ее в направлении,перпендикулярном как оси, так и направлению укладки волокон (это направление обозначено как ось х). Осуществляют дополнительную формовку при давлении вдоль оси хР,=1500 кг/см. Давление снимают, прессформу вынимают из-под пресса, после чегомежду таблеткой, запрессованной в серединеканала матрицы, и каждым из пуансонов засыпают слой порошка А 1,0, толщиной 3 -5 мм для уплотнения просвета между пуансонами и матрицей и уменьшения улетучиваниявещества при нагреве,Прессформу с таблеткой помещают в нагреватель и устанавливают под пресс, однакодавление не прикладывают. Включают нагреватель и температуру прессформы повышаютсо скоростью 100 - 120 С/час до заданногозначения макс По достижении заданнойтемпературы 1 , на таблетку подают давление Р=500 - 750 кг/см, которое поддерживают постоянным в течение всего времени отжига 1 от,к=60 мин. Температуру в течение времени отжига поддерживают 10 С. Поистечении времени отжига давление снимают, а нагреватель выключают. Охлаждениепроисходит естественным путем в течение 3 -4 час.В результате получается керамика, у которой сегнетоэлектрическая ось (направлениеукладки волокон) совпадает с осью г436804 Предмет изобретения Составитель В. ХарлановТехред 3, Тараненко Корректор Т, Добровольская Редактор А. Батыгин Заказ 73/3 Изд.100 Тираж 591 Подписное ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий Москва, Ж, Раушская наб д. 4/5Типография, пр. Сапунова, 2 образца. В направлении оси г в максимальной степени проявляются сегнетоэлектрические свойства, в то время как в направлениях осей х и у они практически отсутствуют. Такой материал обладает значительно большей анизотропией, чем полученный прес- сованием из порошка. Максимальное значение диэлектрической проницаемости (в,) достигает 5000 - б 000, в то время как в любом поперечном направлении (е е) оно не превышает 250. Пьзомодуль дз, измеренный квазистатическим методом, достигает 3 10- ед. СОВЕ, что превышает эту величину для пьезокерамики на основе перовскитов и приближается к параметру монокристаллов ЬЬ 51. Величины пьезомодулей в любом поперечном направлении (4 ь 42) не превышает 5 10 -ед, СЮЕ, Коэффициент электромеханической связи Каа достигает величины 0,7.Прочность керамики, полученной прессованием из волокон, оказывается достаточно большой благодаря тому, что волокна укладывают в прессформу не строго параллельно; при горячем прессовании они срастаются друг с другом под некоторым небольшим углом. Кроме того, волокна (если не принимать специальных мер) неизбежно оказываются перемешанными с пылевидпыми частицами. При горячем прессовании это создает условия для срастания соседних параллельных волокон. Иными словами, керамика представляет собой достаточно прочную структуру, состоящую из переплетенных и сросшихся монокристаллических волокон, расположенных под 5 малым углом к оси г образца.Плотность керамики 5,2 г/смз. Керамикуможно распиливать корундовой пилой в любом направлении. Поверхность керамики легко обрабатывается абразивными материала ми до зеркального блеска,15 1, Способ получения керамики с анизотропией электрических свойств на основе сегнетоэлектрика-полупроводника, например ЬЬ 51, включающий подготовку, укладку в прессформу, формовку и горячее прессование мо нокристаллов исходного материала, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с целью улучшения электрических свойств в одном направлении, монокристаллы перед формовкой разделяют на волокна и укладывают в прессформу пер пендикулярно осям сжатия при формовке игорячем прессовании.2. Способ по п. 1, о т л и ч а ю щ и й с я тем,что, с целью повышения механической прочности керамики, волокна укладывают в пресс форму неочищенными от пылевых частиц.