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

ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ КЕРАМИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ

Патент Российской Федерации
Суть изобретения: Изобретение предназначено для изготовления пьезоэлементов для датчиков на объектах ракетно-космической техники. Изобретение позволяет создать пьезоэлектрический материал с повышенными значениями пьезоэлектрических параметров, с расширенным до 400oС интервалом рабочих температур и высокой стабильностью пьезомодуля d33 при воздействии высоких температур и давлений. Материал содержит компоненты при следующем соотношении, мол.%: PbTiO3 76,0-76,5; PbZrO3 19,0-20,0; BiTi3/4О3 1,5-2,0; СаТiO3 0,5-1,0; ВаТiО3 0,5-1,0; SrTiО3 0,5-1,0. 3 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: 2185351
Класс(ы) патента: C04B35/491
Номер заявки: 2000117200/03
Дата подачи заявки: 27.06.2000
Дата публикации: 20.07.2002
Заявитель(и): Научное конструкторско-технологическое бюро "Пьезоприбор" Ростовского государственного университета
Автор(ы): Вусевкер Ю.А.; Панич А.Е.; Левицкий Ю.Е.; Вусевкер В.Ю.; Файнридер Д.Э.; Дерезин В.Н.
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 диапазоне температур и давлений.
Известны следующие пьезокерамические материалы на основе цирконата-титаната свинца, работающие при повышенных температурах:
-ЦТС-21 /1/, имеющий параметры:
ε330 = 420-600; tgδ ≤ 0,018; Kp=0,27-0,4;
|d31| = (30-60) пКл/H; d33=75-120 пКл/Н; Тк≥400oС;
- пьезокерамический материал /2/, имеющий параметры:
εT330 = 450; tgδ = 0,01; Кp=0,32;
|d31| = 35 пКл/H; d33=75 пКл/Н; Тк=400oС.
Указанные пьезокерамические материалы имеют хорошую пьезоэлектрическую активность, однако их максимальная рабочая температура не превышает 300oС.
Наиболее близким к заявляемому материалу по технической сущности является пьезоэлектрический керамический материал /3/, содержащий ВiTi3/4О3, РbТiO3, PbZrО3, PbW1/2Cd1/2O3, при следующем соотношении компонентов, мол.%:
РbТiO3 - 58,25-62,25
PbZrО3 - 19,25-20,75
PbW1/2Cd1/2O3 - 2,0-2,50
ВiTi3/4O3 - 15,0-20,0
имеющий параметры:
εT330 = 280-320; tgδ = 0,015; Кp=0,16;
|d31| = 15 пКл/H; d33=35-42 пКл/Н; Тк=442-456oС.
Указанный материал имеет хорошую температурную стабильность пьезоэлектрических характеристик в рабочем диапазоне температур (изменение пьезомодуля d33 составляет 9-17%).
Однако, верхняя граница рабочего диапазона температур не превышает 350oС. Кроме того, материал имеет недостаточно высокую пьезоэлектрическую активность.
Заявляемое изобретение позволяет получить пьезоэлектрический керамический материал с повышенными значениями пьезоэлектрических параметров и расширенным до 400oС диапазоном рабочих температур. Заявляемый материал также имеет хорошую стабильность пьезоэлектрического параметра d33 при воздействии высоких (до 400oС) температур и одноосного сжатия до 150 МПа.
Указанный технический эффект достигается тем, что пьезокерамический материал, включающий в себя титанат висмута ВiТi3/4O3, титанат свинца РbТiO3 и цирконат свинца РbZrO3, дополнительно содержит титанат кальция СаТiO3, титанат бария ВаТiO3 и титанат стронция SrТiO3, при следующем соотношении компонентов, мол.%:
РbТiO3 - 76,0-76,5
PbZrO3 - 19,0-20,0
ВiТi3/4O3 - 1,5-2,0
СаТiO3 - 0,5-1,0
ВаТiO3 - 0,5-1,0
SrТiO3 - 0,5-1,0
Такое соотношение компонентов и наличие титанатов кальция, бария и стронция повышает пьезоэлектрическую активность (Кp=0,2; |d31| = 20 пКл/H; d33= 60 пКл/Н) и повышает температуру точки Кюри, расширяя тем самым диапазон рабочих температур до 400oС. Кроме того, материал работает в условиях одновременного воздействия одноосного сжатия до 150 МПа и высокой температуры (до 400oС).
Изобретение осуществляется следующим образом.
В качестве исходных компонентов используются оксиды металлов, которые смешиваются в водной среде в течение 48 часов. После обезвоживания проводится синтез, который осуществляется в две стадии с промежуточным помолом. Температура первого синтеза 840oС, второго 870oС. Общее время выдержки 7 часов. После второго синтеза материал вновь измельчается, а затем формируется в изделие.
Обжиг изделий проводится при температуре 1230-1260oС в течение 2-3 часов в защитной атмосфере РbO (используется свинецсодержащая засыпка). После механической обработки поверхностей образцов на них наносятся электроды.
Поляризация осуществляется в полиэтилсилоксановой жидкости при температуре 170oС в течение 30 минут в поле с напряженностью 4 кВ/мм. Измерение электрофизических параметров производится в соответствии с ОСТ 11 0444-87; пьезомодуль d33 определяется в квазистатическом режиме. Основные электрофизические параметры заявляемого материала и материала-прототипа приведены в таблице 1. Данные, приведенные в таблице 1, подтверждают преимущество предлагаемого пьезокерамического материала по сравнению с материалом-прототипом, а именно - повышение пьезоэлектрической активности (увеличение значений Кp, d31, d33), повышение температуры точки Кюри и, следовательно, расширение диапазона рабочих температур. Кроме того, возможно применение материала в условиях воздействия одноосного сжатия до 150 МПа.
В таблице 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.
В таблице 3 приведены экспериментальные данные, подтверждающие работоспособность материала в условиях воздействия одноосного сжатия до 150 МПа.
Применение изобретения перспективно при изготовлении пьезоэлементов, используемых в качестве рабочих элементов датчиков с повышенными требованиями к стабильности коэффициента преобразования при совместном воздействии высокой температуры и высокого статического давления. В частности, перспективно применение изобретения на объектах ракетно-космической техники.
Источники информации.
1. ОСТ 110444-87. Материалы пьезокерамические. Технические условия.
2. SU, авторское свидетельство 975681, кл. С 04 В 35/46, 1982.
3. SU, авторское свидетельство 1073227, кл. С 04 В 35/46, 1984.
Формула изобретения: Пьезоэлектрический керамический материал, включающий BiTi3/4О3, PbTiO3, PbZrO3, отличающийся тем, что дополнительно содержит СаТiO3, ВаТiО3 и SrTiО3 при следующем соотношении компонентов, мол. %:
PbTiO3 - 76,0-76,5
PbZrO3 - 19,0-20,0
BiTi3/4О3 - 1,5-2,0
СаТiO3 - 0,5-1,0
ВаТiО3 - 0,5-1,0
SrTiО3 - 0,5-1,0