Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ КЕРАМИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ
ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ КЕРАМИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ

ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ КЕРАМИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ

Патент Российской Федерации
Суть изобретения: Использование: для датчикопреобразующей аппаратуры с повышенными требованиями к стабильности электрофизических параметров в условиях совместного воздействия высоких температур и давлений. Технический результат изобретения: получение материала с повышенной стабильностью значений тангенса угла диэлектрических потерь tgδ и удельного объемного сопротивления ρv во времени, повышенным значением пьезомодуля d33, стабильным к одновременному воздействию высоких (до 500°С) температур и одноосного механического сжатия (до 1500 кг/см2). Пьезоэлектрический материал содержит титанат натрия висмута, оксиды хрома, бора и кальция при следующем содержании компонентов, мас.%: Bi2O3 75,3 - 75,51; TiO2 22,94 - 23,01; Nа2O 1,05 - 1,09; Сr2O3 0,21 - 0,22; B2O3 0,16 - 0,45; CaO 0,01 - 0,04. 2 табл.
Поиск по сайту

1. С помощью поисковых систем

   С помощью Google:    

2. Экспресс-поиск по номеру патента


введите номер патента (7 цифр)

3. По номеру патента и году публикации

2000000 ... 2099999   (1994-1997 гг.)

2100000 ... 2199999   (1997-2003 гг.)
Номер патента: 2139840
Класс(ы) патента: C04B35/00
Номер заявки: 98102096/03
Дата подачи заявки: 26.01.1998
Дата публикации: 20.10.1999
Заявитель(и): Научное конструкторско-технологическое бюро "Пьезоприбор" Ростовского государственного университета
Автор(ы): Вусевкер Ю.А.; Файнридер Д.Э.; Панич А.Е.; Гориш А.В.; Злотников В.А.
Патентообладатель(и): Научное конструкторско-технологическое бюро "Пьезоприбор" Ростовского государственного университета
Описание изобретения: Изобретение относится к области пьезоэлектрических керамических материалов и может быть использовано для создания электромеханических преобразователей, работающих в широком интервале температур.
Известен пьезокерамический материал на основе титаната натрия-висмута [1], содержащий, в маc.%:
Bi2O3 - 75,40-75,63
TiO2 - 22,99 - 23,05
Na2О - 1,11 - 1.12
Cr2O3 - 0,2 - 0,5,
имеющий следующие параметры εт33o = 110-140; d33 = 17-23·10-12Кл/Н, tg δ = 0,52 - 1,2%, ρv = 1·1011 Ом·м.
Наиболее близким к заявляемому материалу по технической сущности является пьезокерамический материал на основе титаната натрия-висмута [2], содержащий, мас.%:
Bi2O3 - 75,57-75,65
TiO2 - 22,75 - 22,86
Na2O - 1,00 - 1,13
Cr2O3 - 0,18 - 0,30
B2O3 - 0,30 - 0,40,
имеющий следующие параметры: εт33o = 106 - 110; D33 = 28 - 29 · 10-12 Кл/Н; tg δ = 0,3 - 0,5%, ρv = 2 · 1011 Ом · м.
Указанный материал имеет относительно высокое значение величины пьезомодуля d33 при пониженном значении диэлектрической проницаемости, что делает его перспективным при изготовлении пьезоэлементов, используемых в акустических приемниках, работающих в условиях высоких температур. Однако при одновременном воздействии высоких температур (до 500oC) и одноосного механического сжатия (до 1500 кг/см2 ) пьезоэлектрический модуль d33 сильно меняет свое значение (до 50%), при этом необратимые изменения достигают 30%, обратимые - 20%. Кроме того, материал является гигроскопичным, т.е. способен впитывать влагу из воздуха. Это отражается на таких характеристиках, как тангенс угла диэлектрических потерь tg δ и удельное объемное сопротивление ρv. Через десять суток после поляризации значения tg δ при комнатной температуре возрастают в 25-30 раз (достигая tg δ 20%), а удельное объемное сопротивление уменьшается на два порядка ( ρv при 25±10oC= 1·109 Ом·м). Описанные недостатки сильно ограничивают применение материала в качестве преобразователя, особенно в условиях повышенной влажности. Для нормальной работы преобразователя тангенс угла диэлектрических потерь tg δ и удельное объемное сопротивление не должны менять свое значение с течением времени.
Заявляемое изобретение позволяет получать пьезоэлектрический керамический материал с повышенной стабильностью значений тангенса угла диэлектрических потерь tg δ и удельного объемного сопротивления ρv с течением времени при сохранении высоких значений пьезомодуля d33 и незначительных его изменениях (не более 10%) при одновременном воздействии высоких (до 500oC) температур и одноосного механического сжатия (до 1500 кг/см2).
Указанный технический эффект достигается тем, что пьезокерамический материал, включающий титанат натрия-висмута, оксид хрома, оксид бора, содержит оксид кальция при следующем соотношении компонентов, в мас.%:
Bi2O3 - 75,31 - 75,51
TiO2 - 22,94 - 23,01
Na2O - 1,05 - 1,09
Cr2О3 - 0,21 - 0,22
B2O3 - 0,16 - 0,45
CaO - 0,01 - 0,04
Наличие в материале оксида кальция в указанной концентрации приводит прежде всего к повышению плотности керамики и уменьшению ее пористости, что сказывается на ее характеристиках, а именно: уменьшает зависимость пьезомодуля d33 от давления при воздействии одноосных механических нагрузок при высоких температурах, а также снижает гигроскопичность материала, это приводит к стабилизации тангенса угла диэлектрических потерь и удельного объемного сопротивления с течением времени.
Изобретение осуществляется следующим образом.
В качестве исходных компонентов использованы оксиды и карбонаты следующих квалификаций: "чда"; "конденсаторная".
Материал изготавливали следующим образом.
Шихту материала готовили смешением перечисленных выше компонентов, исключая B2O3 в среде изопропилового спирта. После испарения спирта материал брикетировали и синтезировали дважды. Первый раз - при температуре 740oC в течение 3 часов, второй раз - при температуре 850oC в течение 4-х часов. После дробления и измельчения в материал вводили плавень со стеклообразующей добавкой следующего состава:
Bi2O3 - 66,4 мас. %
TiO2 - 19,7 мас. %
B2O3 - 13,9 мас. %
Полученный после синтеза порошок смешивали с плавнем, пластифицировали и прессовали образцы диаметром 11 мм и высотой 3 мм. Обжиг производили при температуре 1160oC в течение 2-х часов. На сошлифованные до 1 мм образцы наносили серебряные электроды. Образцы поляризовали в полиэтилсилоксановой жидкости в течение 50 минут при температуре 170oC и напряженности поляризующего поля 5-6 кВ/мм.
Определение электрофизических параметров проводилось в соответствии с ОСТ 11 0444-87, пьезомодуль d33 определялся квазистатическим методом. Основные электрофизические параметры заявляемого материала и материала-прототипа приведены в табл. 1.
Данные, приведенные в табл.1, подтверждают преимущество предлагаемого пьезокерамического материала по сравнению с материалом-прототипом, а именно: стабильность значений tg δ и удельного объемного сопротивления в течение длительного времени при сохранении высокого значения пьезомодудя, а также незначительные (не более 15%) изменения пьезомодуля d33 при одновременном воздействии высоких температур и одноосного механического давления.
В табл. 2 приведены основные характеристики предлагаемого материала в зависимости от состава.
Полученные экспериментальные данные свидетельствуют о том, что пьезокерамический материал предлагаемого состава обладает оптимальными характеристиками с точки зрения решаемой технической задачи, в интервале величин, указанном в формуле изобретения. Одновременно материал предлагаемого состава имеет максимальное значение пьезоэлектрического модуля d33 (см.табл. 2).
Применение изобретения перспективно при изготовлении пьезоэлементов, используемых в качестве рабочих элементов датчикопреобразующей, аппаратуры с повышенными требованиями к стабильности коэффициента преобразования при совместном воздействии температуры 500oC и статического давления 1500 кГс/см2, применяемой, в частности, на объектах ракетно-космической техники.
Источники информации
1. SU, авторское свидетельство N 1390223, кл. CO 4 В 35/46, 1986.
2. RU, заявка N 93030132 от 10.06.92 г. "Пьезоэлектрический керамический материал"/Панич А.Е., Минчина М.Г., Смотраков В.Г., Файнридер Д.Э., Полонская А.М - Решение о выдаче патента РФ на изобретение от 11.08.95 г.
Формула изобретения: Пьезоэлектрический керамический материал, включающий Bi2O3, TiO2, Na2O, Cr2O3, B2O3, отличающийся тем, что дополнительно содержит оксид кальция при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Bi2O3 - 75,31 - 75,51
TiO2 - 22,94 - 23,01
Na2O - 1,05 - 1,09
Cr2O3 - 0,21 - 0,22
B2O3 - 0,16 - 0,45
CaO - 0,01 - 0,04