Способ изготовления свинецсодержащей сегнетоэлектрической керамики

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскикСоциалистическихРеспублик ц 935496(И) М. Кл. С 04 В 35/00 С 04 В 35/46,Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий(088. 8) Дата опубликования описания 15.06.82ТОВЛЕНИ Я СВИН ЕЦСОДЕРЖ ЭЛЕКТРИЧЕСКОИ КЕРАМИ 0 20 Изобретение относится к получению свинецсодержащей сегнетоэлектрической, в том числе пьезоэлектрической и электрооптической керамики, например, на основе цирконата титаната свинца (ЦТС) .Известен способ изготовления крупногабаритных образцов из керамики ЦТС с добавкой лантана (ЦТСЛ), в ко" тором после операции синтеза и брикетирования проводят горячее прессование в вакууме 10 " Торр при 800 С псд давлением 200 кг/см 2.ч, затем производят нагрев и горячее прессование в атмосфере кислорода. 600 Торр при 1250 вС под давлением 400 кг/см 18 ч, после чего образец медленно охлаждают в течение 70 ч 13.В процессе спекания при высоких температурах из свинецсодержащих материалов испаряется оксид свинца, причем интенсивность испарения особенно велика при наличии в синтезированном материале сверхстехиометричного свободного оксида свинца. Пары оксида свинца в окислительнсй,атмосфере взаимодействуют с засыпкой иэ оксида алюминия и образуют соединение алюминат свинца в виде корки на поверхности спекаемого образца. Толщина и прочность корки увеличиваются с ростом температуры и времени спекания. При охлаждении иэ-за различия коэффициентов термического расширения алюмината свинца и керамики в последней возникают механические напряжения, которые при обычно применяемых скоростях охлаждения 100- 2500 С/ч приводят к появлению трещин на поверхности образца. Напряжения возрастают с увеличением габаритов образцов, поэтому при горячем прес- совании крупногабаритных образцов (дисков диаметром 130 мм) с целью уменьшения напряжений производят охлаждение с весьма малой скоростью, порядка 200 С/ч, что резко снижает прсизводительность всего процесса.Наиболее близким к предлагаеьЮЖ , является способ изготовления сегнетоэлектрической керамики, включающий предварительный синтез шихты, содержащей 1-10 мас.Ъ избытка РЬО, брикетирование и горячее прессование заготовки в вакууме 10-"-10-4 Торр при 850-950 фС под давлением 200- 1000 кг/см 1 в течение 0,2-0,4 ч с. последующей плоской шлифовкой и горячее прессование в окислительной атмосфере при 1100-13000 С под давлеяи 935496ем 40-/00 кг/см в засыпке оксидаалюминия в течение 1-60 ч 2.Хотя разделение операции горячегопрессования в вакууме и в окислительной атмосфере в этом способе несколь ко снижает интенсивность образования 5алюмината свинца, тем не менее придлительном горячем прессовании крупногабаритных образцов в окислительной атмосфере образование алюминатасвинца приводит к описанным отрица Отельным последствиям,Целью изобретения является получение крупногабаритных керамическихобразцов при сохранении их качества и повышение производительности 15процесса.укаэанная цель достигается засчет того что в способе изготовления свинецсодержащей сегнетозлектоичес.кой керамики, вкл 1 очающем предварительный синтез шихты, содержащей 1-10 мас,Ъ избытка РЬО, брикети -рование и горячее прессование заготовки в вакууме пр 1 940-950 С, давлео;:,ии 100-1000 кг/см с последующейлоской шлифовкой и .горячим прессованием в окислительной атмосфере свь.держкой при 1100-1250 С в засыпкеоксида алюминия, после выдержки втечение 0,5-6 ч проводят промежуточное охлаждение и смену засыпки оксида алюминия, после чего образцы вновьподвергают горячйму прессованию с выдержкой при максимальной температуре 4-60 ч,В этом случае удаляется наиболее 35обогащенный оксидом свинца слой засыпки оксида алюминия до образованияплотной корки алнмината свинца, При:орячем прессовании на второй стадииобразование алюмината свинца эамед Оевно, так как интенсивность испарения избыточного оксида свинца иэобразца максимальна лишь на первойстадии.П р и м е р 1. Ьрикеты диаметром .4565 и высотой 30 мм из электрооптического сегнетоэлектрического материала ЦТСЛ/65/35, содержащего3 вес,Ъ избытка оксида свинца,подвергают вначале горячему прес.сованию в вакууме 10- Торр при940-950 оС под давлением 200 кг/см - в течение 3 ч, затем брикеты охлаждают, производят плоскую шлифовкукак чисто и подвергают горячемупрессованию на воздухе в засыпке ок.сида алюминия. Вначале - при 1250 оС,давлении 300 кг/см 1, выдержке 0,5 ч.После первой стадии образцы охлаждаются со скоростью 100-250 оС/ч, производят смену засыпки, нагревают вновьи выдерживают 10 ч при 1250 С. Охлаждение после второй стадии проводят также со скоростью 100-250 С/ч.Все образцы после спекания не имеюттрещин. Горячее прессование в окислительной атмосфере контрольных образцов проводят одностадийно при1250 С под давлением 300 кг/см 1 втечение 20 ч, скорость охлаждения100-250 оС/ч. Все контрольные образцы имеют многочисленные трещины.П р и м е р 2, Предварительныестадии процесса аналогичны описаннымв примере 1. Горячее прессование вокислительной атмосфере на воздухепроводят следующим образом. Вначале - при 1120 оС, давлении 300 кг/смс выдержкой б ч, затем, после охлаждения) соответственно при 1250 С,300 кг/см в течение 4 ч. Охлаждение после первой и второй выдержек проводят со скоростью 100-250 С/ч.Образцы не имеют трещин,Контрольные образцы подвергаютодностадийному горячему прессованиюна воздухе по режиму: температура1250 оС, давление 300 кг/см, выдержка 4 ч, охлаждение со скоростью100-250 С/ч. Три из четырех образцов имеют многочисленные трещины,на одном образце одна сквозная трещина, проходящая чсрез центр диска.П р и м е р 3. Предварительныестадии процесса аналогичны описаннымв примере 1. Горячее прессование навоздухе проводят следующим образом.Вначале при 1200 С, давлении100 кг/см с выдержкой 4 ч, затем -соответственно при 1200 С, 100 кг/см,40 ч. Охлаждение после первой и второй стадии со скоростью 100-250 С/ч.Все образцы не имеют трещин. Режимгорячего прессования на воздухе контрольных образцов 1200 С, 100 кг/см,40 ч, охлаждение со скоростью 100150 С/ч. Все контрольные образцыоимеют многочисЛэвные трещины,П р и м е р 4. Предварительныестадии процесса аналогичны описанным в примере 1. Первая станциятемпература 1100.С, давление500 кг/см, выдержка 6 ч, втораястадия - соответственно 1300 С,500 кг/см и 4 ч. Охлаждение послепервой и второй стадий со скоростью100-250 С/чВсе образцы не имеюттрещин. Режим"одностадийного горячего прессования на воздухе контрольных образцов: 1300 С, 500 кг/см, 4 ч,охлаждение после первой и второй стадий со скоростью 100-250 ОС/ч. Контрольные образцы имеют многочисленныетрещины по всему объему.П р и м е р 5. Горячее прессование проводят путем обжига под давлением только в окислительной атмосфере без предварительного вакуумногогорячего прессования. Первая стадияпо режиму примера 3, вторая стадияпо режиму: 1200 оС, 100 кг/см, 60 ч.Охлаждение после перВой и второйстадий со скоростью 100-250 оС/ч,Все образцы не имеют трещин. Режим935496 Формула изобретения Составитель Н.фельдманТехред С. Мигунова Корректор В.Бутяга Редактор А.Гулько Заказ 4150/29 Тйраж 641 Подпи сн Ое ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д, 4/5Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул, Проектная, 4 одностадийного горяего прессования 1 на воздухе контрольных образцов: 1200 ОС, 100 кг/см; 60 ч. Контрольные образцы имеют многочисленные трещины по всему объему диска.Эффективность предлагаемого способа заключается в том, что он исключает механическое разрушение при горячем прессовании в окислительной атмосфере крупногабаритных образцов и тем самым позволяет увеличить га бариты Изготовляемых образцов. Кроме того, способ обеспечивает возможность получения крупногабаритных образцов беэ применения на стадии горячего прессования в окислительной ат мосфере низких скоростей охлаждения порядка 20-50 С/ч, что повышает производительность процесса и упрощает его проведение, так как в этом случае не требуется точного поддержания низкой скорости охлаждения. Последнее особенно важно при необходимости получения мелкозернистой керамики, отличающийся от крупнозернистой высокой прочностью и температур ной стабильностью основных параметров материалов системы ЦТС (ЦТС, ЦТС, ЦТС-ЗЗ), а также малое рассеяние и деполяризация света в электрической керамике ЦТСЛ (составы ЦТСЛ+30 +10/65/35).1 Способ изготовления свинецсодержащей сегнетоэлектрической керамики,включающий предварительный синтезшихты, содержащей 1-10 мас,Ъ избытка РЪО; брикетирование и горячеепрессование заготовки в вакууме притемпературе 940-950"С, при давлении100-1000 кг/см с последующей плоской шлифовкой и горячим прессованиемв окислительной атмосфере с выдержкой при 1100-1250 С в засыпке оксида алюминия, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью получениякрупногабаритных керамиечских образцов при сохранении их качества и повышения производительности процесса, после выдержки в течение 0,5-6 чпроводят промежуточное охлаждение исмену засыпки оксида алюминия, послечего образцы вновь подвергают горячему прессованию с выдержкой при максимальной температуре 4-60 ч.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Оцпдап В.Н., Японо дЯ "Авег.Сегащ. Яос.ВиИ, 1977, о 56, Р 9,р. 782-7832. Авторское свидетельство СССРпо заявке Р 2738131/29-33,кл. С 04 В 35/00, 1979.