Керамический материал

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИН ОЮ (11) ЗИ) С 35 0 ГОСУД ГЮД НИЕ ИЗОБРЕТЕНИОМУ СНИД":ТЕЛЬСТВУ ОП ская,гоойомоно и тантас. 24.СССР79.(56 ) 1, Кузьминовнат лития. М., фНа2. Авторское свВ 863565, кл. С 04 детельство В 35/00, 1 ТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИ(71).Московский ордена ТрудовоКрасного Знамени институт тонхимической технологии нм.И.В.Лсова(54)(57) КЕРАМИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ для термочувствительных датчиков, содержащий оксид магния и оксид вольфрама, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с .целью повиаення термочувствительности, электросопротивления, термической стабильности электрофиэических свойств и расширения рабочего интервала температур, он дополнительно содержит ортотанталат лантана при следующем соотношении компонентов, мас,%:Оксид магния 30-40 Оксид вольфрама 10-20 Ортотанталат лантана 40-60Изобретение относится к керамическим материалам для изготовлениятермочувствительных датчиков, в частности, для противопожарных сигнальных систем.Принцип действия термочувствитель-ных линейных датчиков противопожар"ных сигнальных систем основан наобнаружении перегревов путем регистрации повышения диэлектрической проницаемости или резкого уменьшения Яэлектросопротивления композиции приповышении температуры,Известен материал на основе метатанталата лития 111Недостатком этого сегнетоэлектрического материала является то, чтодиэлектрическая проницаемость еговозрастает вблизи фазового переходапри 660 фС с последующим резким уменьшением. Учитывая принцип действиятермочувотвительного датчика, а так фже то обстоятельство, что величинадиэлектрической проницаемости притемпературах 660 ф 10 фС метатантала"та лития резко уменьшается, его применение без соответствующих добавок 2исключено.Наиболее близким к предлагаемомуявляется керамический материал для.термочувствительных датчиков, содержащий танталат лития, оксид маг" 30ния и оксид вольфрама. Укаэанныекомпоненты находятся в следующемсоотношении, мас.В:Метатанталатлития 45-50 уОксид магния 25-30Оксид вольфрама ОстальноеТакой керамический материал об-,ладает сравнительно высокими значениями диэлектрической проницаемостив интервале температур 250-740 С,что позволяет получать устойчивыйсигнал при повышении диэлектрическойпроницаемости 2).Недостатками этого керамическогоматериала является сравнительно малая термочувствительность при температурах ниже 250 С (коэффициенттермочувствительности В = 2000 -2800 К , что не позволяет фиксировать сигнал о повышении температуры упо изменению электросопротивления.Кроме того, при нагревании такого материала повышенные значениядиэлектрической проницаемости сохраняются до 740 С однако при длительных (более 40-50 ч)термообработкахпри этой температуре метатанталат ли".тия взаимодействует с оксидом вольфрама с образованием Ь 1 ТаМО, чтоприводит к изменению диэлектрическойпроницаемости, электросопротивления, 60термочувствительности. Верхний предел эксплуатации датфчиков при 740 С связан с наличием фазового перехода в сегнетоэлектрике 5 ЮО и уменьшением диэлектрическойпроницаемости керамического материала при дальнейшем нагреве,Цель изобретения - повышение тер"мочувствительности, электросопротивления, термической стабильностиэлектрофизических свойств и расширение рабочего интервала температур.Указанная цель достигается тем,что керамический материал для термочувствительных датчиков, содержащийоксид магния и оксид вольфрама, дополнительно содержит ортотанталатлантана при следующем соотношениикомпонентов, мас.ЪОксид магния 30-40Оксид вольфрама 10- 20Ортотанталатлантана 40-60Ортотанталат лантана имеет болеевысокие значения .электросопротивлеиия и термочувствительности, чемметатанталат лития.Увеличение концентрации ортотанталата лантана в керамическомматериале свыше 60 вес.% приводитк уменьшению диэлектрической проницаемости материала в области температур 660-740 С, а снижение егоконцентрации" менее 40 вес.В обуславливает переход от "островковойф структуры к структуре, в которой все три компонента имеют непосредственный контакт, что ухудшаеттермическую стабильность элекрофизическик свойств.При увеличении содержания оксида вольфрама свыше 20 вес.Ъ резковозрастает вероятность контактамежду поликристаллами ортотанталаталантана и оксида вольфрама, а уменьшение концентрации оксида вольфрамаменее 10 вес.% приводит к значительному ухудшению однородностиэлектрофизических свойств материала, а следовательно, и к снижениюего технологичности.Укаэанное соотношение между компонентами керамического материалаобеспечивает переход от композиции,в которой все три поликристаллические составляющие имеют общие точкисоприкосновения, к "островковой"структуре.При указанном соотношении большаячасть поверхности поликристалловтанталата лантана отделена от соприкосновения с оксидом вольфрамачастицами оксида магния, что уменьшает возможность взаимодействия между кристаллами. Большая химическаяустойчивость ортотанталата лантанапо сравнению с метатанталатом лития,а также выбранное соотношение компонентов практически исключают эффектвзаимодействия между ними при температурах эксплуатации от 20 до740 С, что позволяет увеличить ре1052499 Электрофизические свойства кераьйческого материала в коаксиальной ячейке и в линейном кабеле-датчике Ф В ай 4 В а 1 Коаксиальная ячейка. Линейный датчик Состав материала,вес.ЪВ К ТС ЬаТа 04 40 20 3,1,10 2,5 10 22643 11223 10350 200 40 1,8 10 300 20 1,2 10 2,4 10 1,7 10Э .1,410 400 500 10242 7202 600 720 740 сурс эксплуатации датчиков температуры с 1000 до 1500 ч. Ограничениересурса связано с окислением конструкционных материалов датчика и уменьшением его механической прочности.Керамический материал готовят следующим образом,Исходные поликристаллическиепорошки оксидов гранулометрическогосостава от 10 до 100 мкм перемешивают в изобутиловом спирте ( 1; 1 ) в . 10шаровой мельнице с алундовыми шарамив течение 24 ч, затем приготовленныетаким образом компоненты сушат при60-80 С до полного удаления спиртаи подвергают холодному прессованиюв ячейках коаксиального типа придавлении 200 ИПа.В таблице приведены конкретныепримеры предлагаемого керамическогоматериала и его электрофнэические.свойства, а также линейного датчика, физготовленного на основе керамического материала в сравнении с прото". типом.Как видно из таблицы, величиныэлектросопротивления 1 рч 1 в интерйале 250-740 С составляют 10 1- 10 Омсм,что более чем на 2 порядка превышаетзначения электросопротивлениу мате-риала - прототипа. Значения диэлектрической проницаемости материала - . ЗОпрототипа и предлагаемого керамического материала близки.Предлагаемый керамический материал обладает хорошей прессуемостью,что позволяет не менять применяемую 35технологию изготовления линейныхдатчиков на его основе.Такие датчики имеют повышенныйРесурс эксплуатации в области температур740 фС до 1500 ч), позволяют фиксировать более устойчивыйсигнал эа счет стабилизации фиэикохимическнх свойств композиции прнтермообработках по сравнению с датчиками на основе метатанталата лития и керамического материала"про"тотипа Ь 1 ТаО - ИО - МО . Кроме того,повышение термочувствительности керамического материала в областитемператур 20-250 С обеспечиваетпоявление второго сигнала по электросопотивлению при нагревах менее250 С, когда диэлектрическая проницаемость композиции и емкость датчика резко уменьшаютсу, тем саьым расширяетсу интервал эксплуатации датчиков с 250-740 до 20-740 фС. Повышение электросопротивления более, чем на 2 порядка повышает стабильность сигнала при изменении ем" кости, что увеличивает надежность противопожарной системы в.целом. Таким образом, по сравнению с прототипом предлагаемое техническое ре" шение позволяет получать экономичес" кий эффект от использования керамического материала в термодатчиках за счет улучшения электрофизических характеристик: термочувствительности в 1,5-2 раза, термической стабильности электрофизических свойств, ре- . сурса эксплуатации датчика от.1000 до 1500 ч, расширения температурного интервала эксплуатации от 20 до 740 С и повышения устойчивости сигнала, что уменьшает процент ложных срабатываний противопожарных систем.1052499 Продолиеиие таблицы Коаксиальная ячейка Линейный датчикВ К 2 ЬвТа 04 50 20 35 гооМКО 300 400 500 2,0 10 7,1 10 600 500 т 600 8880 720 740 тететтттюеФВФФттееввФвююаеюФютеюеюавввавю ттеттввтеттттт Фв 3 ЬвТвО 60 20 12728 200 Мео 30ИО, 10 14343 300 10950 400 00 9950 600 7138 720 740 50 11603 50-100 2110 13232 100-150 2810 5446 150-200 2892 200 ЫТвО МаО 30 400 600 20 200 т 300 2845 720 ИзвестнаяКомпотзиция 84481 300 т 400 400 т 500 6822 500-6005160 Составитель Н. ФельдманРедактор И, Касарда ТехредМ.Гергель Корректор М. Демчик Заказ 8784/17 Тираа 622 ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, В, Рауюская наб., д. 4/бПодписное Филиал ППП фПатент", г. Уагород, ул., Проектная, 4 ФФВФФФФввиффю.тее Фатеттвиттввавтавватввваввеаивтт тютю т 6, 109 9,0 10 6,2 109 г,г 1 оф 2710