Пьезоэлектрический керамический материал

о СС76,СССР78. 1,БгО ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТ СССПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИ ОПИСАНИЕ ИЗОБ(71) Ростовский ордена ТрудовоКрасного Знамени государственнуниверситет им. М.А.Суслова(54) (57) ПЪЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ КЕРАМИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ содержащий МаО,БЬ 20 БгО о т л и ч а ю щ й й с я тем, что, с целью повьпнения диэлектрической проницаемости и пьезомодуля, коэффициента элект ромеханической связи при сохране-. нии высокой пьезочувствительности и снижения температуры спекания, он дополнительно содержит СЙО при следующем соотношении компонентов,(5,58-5,86)1 О 1190 Таблица 1Электрофизические параметры составов системыБа 20 - Е 10 - ИЪО - БгО - СйО Состав, мас.% Пример ИЬО ЯгОСТО НаО 16 5016,4716, 4316,3716,3116, 1815, 93 1 ф 14 81, 63 81,49 81,3381,03 80,70 80,07 78,85 0,32 0,39 1, 13 0,32 0,59 1, 13 0,79 1,17 0,31 1, 12 0,31 1,56 0,31 2,33 110 0,31 Изобретение относится к пьезоэлектрическим керамическим материалам и может быть использованодля создания высокочувствительныхэлектромеханических преобразователей, основанных на явлении пьезоэлектричества, в частности дляустройств измерения механическихвоздействий, например давления.Известен сегнетопьезоэлектрический керамический материал на основетвердых растворов метаниобатов щелочных металлов 11,Йедостатком данных материаловпри применении их в определенногорода радиотехнических устройствах,в частности, в устройствах измерения механических воздействий, является низкая диэлектрическая проницаемость Ж /Я, = 100-50), необеспечивающая хорошее согласованиепьезоэлементов с внешней цепью, атакже недостаточно высокие значенияпьезомодуля д,( й 15 10 КлН) и коэффициента электромеханической связи(Кр й 0,25).Наиболее близок к предлагаемомупьезоэлектрический керамический материал 2, содержащий ИаИЬО, Ьз.ИЬОБгО в следующих количествах, мол.Е: 30ЯаИЬО 82,53-87,24ЬЮЪО 12,22-12,46ЯгО 0,3 -2,25Иатериал имеет следующие значенияэлектрофизических параметров: При высокой пьезочувствительностиэти составы обладают пониженными значениями диэлектрической проницаемости и пьезомодуля. а также спекаютсяпри высокой температуре.Цель изобретения - повышение диэлектрической проницаемости и пьезомодуля, коэффициента электромеханической связи при сохранении высокойпьезочувствительности и снижениетемпературы спекания.Поставленная цель достигаетсятем, что пьезоэлектрический керамический материал, содержащий НаО,ЕО, ИЬО, БгО, дополнительно содержит СЙО при следующем соотношении компонентов, мас.7:НаО 16,37-16,4 71.1 О 1, 12-1, 13%20, 81, 03-81,49БгО 0,31-0,32Сс 10 0,59-1,17В табл, 1 приведены примерыконкретного выполнения составовпредлагаемого материала,Продолжение табл. 1 Пример Параметры 1 т 42 9м с 8, ж К 1, 1 О, д, 10,о Кл/Н Вм/Н 3м/с Еь 10 Т Н/м оС 10,8 5,56 9,4 5,57 6,1 5,46 2,8 5,33 3,2 1,7 5,33 с другой стороны, хорошее электричес-.кое согласование узлов датчиковс измерительными блоками устройств.. Последнее благоприятствует высокомусоотношению уровней полезного сигнала и шума в высокочувствительных 30 устройствах, в частности устройствах измерения механических воздействий, например, давления, Как правило, увеличение ведет к снижению яи сохранение высоких значений последней не всегда достижимо. Снижение Тспособствует улучшению воспроизводимости свойств полученныхматериалов путем сохранения заданного стехиометрического состава 40 в результате уменьшения улетучивания компонентов при пониженных4."долговечности и надежностиработы технологического оборудования, зкономии материалов (металлов, 45 используемых при изготовлении технологической оснастки). Наиболее оптимальное сочетаниепараметров наблюдается в составе 3,50 у котороготяо 310 Кра Кл/Н ят, Вм/НЧ , м/с 0,286 26 10 9,4 1 О 5,56 ф 10 130 1,9 0,197 11 210 2,02 0,25 20 310 2, 63 О, 286 26 400 2,76 0,265 26 722 3,3 0,13 18 904 3,89 О, 165 25 1580 3,25 0,117 23 Синтез осуществляют при То ог== 800 С, Т = 850 С. Продолжительность 2 5 ч.Спекание ведут методом горячего прессования при 970-1075 С в зависи-о мости от состава давлении 100 - 200 кг/см 2, длительности термической выдержки при температуре спекания от 40 мин до 6-8 ч,Более низкие величины давление ( ( 200 кг/см ) и удлиненные изотермические выдержки (6-8 ч) применяют при изготовлении материалов в виде крупногабаритных блоков размеами 110 110 25 мм и 4 7025 ммПоляризацию образцов проводят в силиконовом масле при 140 С в течение 45 мин в поле напряженностью 40-60 кВ/см с последующим охлаждением под полем до 90 С.о Как видно из табл, 1, введение Сйо приводит к существенному повышению диэлектрической проницаемости (в 2,4-3 раза), пьезомодуля (в 1,5- 2 раза) и коэффициента электромеханической связи при сохранении значений пьезочувствительности, а также к снижению температуры спекания (на 100-200. С), Повышение Яз /Яот обеспечивает, с одной стороны, увеличение электростатической емкости между электродами без изменения (уменьшения) геометрических размеров устройство (затруднившего бы технологию их изготовления),1,39 1065 1,33 1060 1, 17 1060 1;17 1 О 20 1,22 975 1,13 970 1,1210751089075 ется ухудшение Свойств, т.е. уменьшение ри, КР, Ч.В табл, 2 приведены значенияэлектрофизических характеристик 5предлагаемого и известного 21, материалов, а также промышленных материалов, применяемых в ВЧ-технике. Модуль Юнга ЕН/м 1,1710Удельное объемное сопротивление,рц, Ом.м 3,1 101За пределами предлагаемых концентраций (составы 1, 5, 7) наблюдаТаблица 2 Материал Параметры а 10, 10 ,Вм/Н , м/с1 К0,45 12,2 ТБКС Предлагаемый Как видно из табл. 2, предлагаемый материал может более эффективно использоваться для создания высокочувствительных датчиков,Составитель Н.ФельдманТехред А. Кикемезей Корректор О.Билак Редактор Л.Пчелинская Заказ 2861/20 Тираж 606 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР ло делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб д. 4/5