DE2456050A1 - Verfahren zur herstellung ferroelektrischer keramiken - Google Patents
Verfahren zur herstellung ferroelektrischer keramikenInfo
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Description
■und [b5j, ^B2J[B5J , sind Mg, Zn, Gd, Sn, Mn, Fe, Co und ITi
für B und 0=1/3, und [B2] und [B7], [B2] [B5] , -sind Li und
Gu für B und C=i/4, ■
III) Fb([B1] ^Fb1_A)O5-PbTiO5-PbZrO5 mit MnO2, wobei [B1J ist Mg,
Zn, Cd,, Sn, Ie» Co und M für A=1/3, und [bJ ist Ii und Cu
für A= 1/4, und ·
IY) Pb( [Bg]2Ib1-2)O5-PbC Fb5] QNb1-0)O5-PbTiO5-PbZrO5 mit MnO2,
wobei. [B2] und [ßj, [B2J[B5J , sind Mg, Zn, Cd, Sn, Fe, Co
und ITi für B und C=i/3, und [B2]und [B5] , [β£] [B5J , sind'
M und Gu für B und C=i/4. . ■
Beschreibung; .
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung ferroelektrischer
Keramiken, insbesondere verfestigter ferroelektrischer
Keramikkörper,, und genauer betrifft sie ein Verfahren zur mechanischen
Verfestigung ferroelektrischer Keramiken durch Wärmebehandlung nach dem letzten Sintern der Keramiken.
Ferroelektrische Keramiken aus Bariumtitanat und Bleltltanatzirkonat
werden üblicherweise in einem großen Anwendungsbereich verwendet. Die Verwendung piezoelektrischer Materialien in verschiedenen ¥andleranwendungen bei der Erzeugung, Messung und Ermittlung
von Schall, Stoß, Vibration, Druck usw. hat sich in den letzten Jahren sehr gesteigert. Sowohl Kristalle als auch Eeramikwandler
werden in großem Maße verwendet. ¥egen ihrer potentiell geringeren Kosten und der Einfachheit der Herstellung von Keramiken mit verschiedenen
Formen, und Größen und ihrer größeren Haltbarkeit bei hohen Temperaturen und/oder bei Feuchtigkeit als die kristallinen
.Substanzen haben piezoelektrische Keramikmaterialien in der letzten Zeit bei verschiedenen Wandleranwendungen eine große Bedeutung
erlangt·
Diese ferro elektrischen Keramiken werden üblicherweise durch SIn-.tern
Terroelelcferisclier KeramikzusammensetzungeD. hergestellt. Ba-
509822/0925
nach werden die- gesinterten Keramiken durch Anlegen einer Gleichspannung
zwischen den Elektroden polarisiert, um ihnen elektromeehanische Wandlereigenschaften zu verleihen, ähnlich dem bekannten
piezoelektrischen Effekt.
Die bei piezoelektrischen Keramiken geforderten Eigenschaften variieren mit der Art der Anwendung. Z.B. erfordern piezoelektrische
Keramiken für elektrische Wellenfilter bei relativ niedrigem Leistungspegel einen bestimmten Wert "für den KQpplungskoeffizienten,
einen hohen mechanischen Gütefaktor und eine hohe Stabilität gegenüber dem Altern und der Temperatur. Demgegenüber sollten
piezoelektrische Keramiken für elektromeehanische Wandler anwendungen,
die einen Betrieb bei hoher Leistung erfordern (d.h. die im Betrieb hohen mechanischen Drücken oder starken elektrischen Treiberfeldern
ausgesetzt sind), wie z.B. piezoelektrische Keramikübertrager für die Hochspannungserzeugung und Ultrasehallreinigungswandler,
einen sehr hohen -elektromechanischen Kopplungskoeffizienten, einen hohen mechanischen Gütefaktor und eine hohe me chanische
Zugfestigkeit aufweisen. Dem Fachmann auf dem Gebiet der elektromechanischen Wandler ist bekannt, daß eine der ersten Erfordernisse
eines für die Herstellung von Wandlerelementen für den Hochleistungsbetrieb verwendeten Materials eine Verbesserung der
mechanischen Zugfestigkeit ist. Die "Verbesserung der mechanischen
Festigkeit wurde in. einem beträchtlichen Maße entwickelt bei Bleizirkonattitanat-Keramimaterial
durch den Zusatz kleiner Oxidmengen. Bei dem Bleizirkonattitanat-Keramikmaterial ist es jedoch
schwierig, den mechanisch verfestigten Keramiken aktive elektromeehanische Waiidlereigenschaf ten zu verleihen. Die Bleizirkonattitanat-Keramiken
unterliegen der Gefahr zusammenzubrechen, selbst wenn das Kerämikelement unter dem Hochleistungsbetrieb im Bereich
linearer piezoelektrischer Eigenschaften betrieben wird. Deshalb ist es wichtig, die mechanische Zugfestigkeit des Keramikmaterials
zu vergrößern, um einen stabilen Hochleistungsbetrieb bei der elektromechanischen Wandleranwendung zu erzielen.
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Diese Erfindung hat ein Verfahren zum Ziel, um mechanisch verfestigte
ferro elektrische Keramiken herzustellen, die besonders geeignet
und angepaßt sind zur Verwendung in piezoelektrischen Keramikübertragern, Ultraschallreinigern oder anderen Anwendungen,
die dieselbe Kombination τοη Eigenschaften erfordern.
Häuptziel der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung mechanisch
verfestigter ferroelektrischer Keramiken, die die oben geschilderten Probleme bekannter Materialien überwinden.
Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung ferroelektrischer
Keramiken, die besonders geeignet sind zur Anwendung bei piezoelektrischen Keramikübertragern oder anderen Anwendungen,
die eine hohe mechanische Zugfestigkeit und einen Hochleistungsbetrieb, erfordern.
Diese Ziele der Erfindung und die Art, in der sie erreicht werden,
werden dem Fachmann aus der folgenden Beschreibung und den anschließenden Ansprüchen deutlich werden.
Die vorliegende Erfindung liefert ein Verfahren zur Herstellung mechanisch verfestigter ferroelektrischer Keramiken, die im wesentlichen
eine komplexe'Verbindung, Bleititanat und Bleizirkonat
als Hauptbestandteil mit bzw. ohne Mangandioxid als Zusatz enthalten.
Ferroelektrisch^ Keramiken, die mit der Wärmebehandlung gemäß
^dieser Erfindung hergestellt sind, besitzen ausgezeichnete Eigenschaften,
wobei die mechanische Zugfestigkeit um 70 bis 8 % größer und die Resonanzimpedanz um 24 bis 13 % kleiner ist als bei Keramiken
ohne Wärmebehandlung.
Diese Erfindung basiert auf der Entdeckung, daß innerhalb bestimmter
Bedingungen der Wärmebehandlung der gesinterten Keramikmate-
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rialien, wie sie in den Einzelheiten nachfolgend beschrieben werden,
eine komplexe Verbindung in Kombination mit Bleititanat- -und
Bleizirkonat-Keramikmaterialien eine einzigartige Kombination ■ von Eigenschaften zeigt, insbesondere verbesserte mechanische Zugfestigkeit,
die sie geeignet machen zur Verwendung als elektromechanisch^ Wandler für den Hochleistungsbetrieb, wie piezoelektrische
Keramikühertrager usw. Die mit der Wärmebehandlung gemäß
der vorliegenden Erfindung verfestigten ferroelektrischen Keramiken
enthalten die folgenden Materialien:
I) PbC[B1I1Nb1-1)O3-PbTiO3-PbZrO3, wobei [B1] ist Mg, Zn, Cd,
Sn, Mn, Ee, Co und Ni für A=1/3 und [B1[J ist Li und Cu für
A=1/4, ·
II) Pb([B2]BNb1_:B)O3-Pb([B3]cNb1-C)O3-Pb[DiO3-PbZrO3, wobei [b^J
und [B3] sind Mg, Zn, Cd, Sn, Mn, Ee, Co und Ni für B und . -
, 0=1/3, [B2](B3] , und fB2] und [B3] sind^Li und Cu für B
und C= 1/4, [B2] [B3J , .
III) PbC[B1J1Nb1-1)O3-PbTiO3-PbZrO3 mit MnO2, wobei [B1] ist Mg,
Zn, Cd, Sn, Ee, Co und Ni für A=1/3 und [B1] ist Li und Cu
für A=1/4, und
IV) PbC[B2J3Nb1-2)O3-PbC[B3I0Nb1-0)O3-PbTiO3-PbZrO3 mit MnO2,
wobei [B2] und [B3] sind Mg, Zn, Cd, Sn, Ee, Oo und Ni für
B und 0=1/3, [B2] [B3] , und [B2] und [B3] sind Li und Cu
für B und 0=1/4,- [B2] [B3] .
Bei der üblichen bekannten Technik werden diese ferroelektrischen Keramiken
nach dem folgenden typischen Verfahren hergestellt, bei dem man (1) die pulverförmigen%Rohmaterialien der Bestandteil ;
Ie innig naß vermischt, nachdem die gewünschten Bestandteil-Pulveri
gewogen wurden, die oft in der Form von Oxiden, Hydroxiden oder ! Karbonaten vorliegen, wobei alle diese Bestandteile in den rieh- .'
tigen Mengen nach ihren Atomformeln berechnet wurden und wobei
vorzugsweise Materialien der Reagenzgüteklasse oder besser yer- .
wendet werden, (2) man das Gemisch trocknet, (3)"man das Gemisch.
bei einer Temperatur zwischen 7OQ0C und 9000O 0,5 Ms 3 Stunden
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"· D "■
lang (im allgemeinen 2 Stunden bei im Tiegel kalzinierten Mate-■
rialien) kalziniert, um eine feste Lösung herzustellen, (4) man "das -kalzinierte Material in feuchtem Zustand mahlt und dann trocknet,
um ein homogenes feines Teilchenmaterial herzustellen, (5) man es mit einer Binderlösung, z.B. Polyvinylalkohollösung,
mischt und granuliert, (6) man die Gemische zu einer "bestimmten
Form formt, indem mit Drücken von 700 kg/cm gepreßt wird, (?) man
es in einen Tonerde-Brennkasten einfüllt und (8) man das geformte Gemisch bei einer Temperatur τοη etwa 120O0C Ms etwa 13000G etwa
1 Stunde lang glüht, um die gesinterten ferroelektrischen Keramiken
zu erhalten. Eines der Merkmale des Verfahrens dieser Erfindung liegt darin, daß die so erhaltenen gesinterten Keramiken
für 1 Ms 60 Stunden wieder auf eine Temperatur erwärmt werden, die 100°e Ms.4000C liegt unter der Glüh-(Sinter-)Temperatur, und
sie dann mit einer Geschwindigkeit τοη 3000C Ms 100C je Stunde
abgekühlt werden. Dadurch werden ferroelektrische Keramiken erhalten, die eine hohe mechanische Zugfestigkeit und eine geringe Impedanz
im Resonanzzustand aufweisen.
Die Erfindung wird genauer verstanden werden unter Bezugnahme auf
die nachfolgenden Beispiele I bis IT, doch sollen diese Beispiele
die Erfindung nur erläutern und keinesfalls den Bereich der vorliegenden
Erfindung einschränken.
In diesem Beispiel wurden Keramiken, die durch die Formel XPb(Ni./
Z>0. 1/
Nb«/,)O,-yPbTiO.,-zPbZrO5 (x>o, y ;>
ο ,-\v/x + y + ζ = 1) beschrie-
•ben werden können, ausgewählt, um dem neuartigen Verfahren unterworfen
zu werden. Durch Abwiegen von handelsüblichem PbO, EiO, NbpOpj, TiOp und ZrOp mit hohem Reinheitsgrad, wurde ein Gemisch
derselben hergestellt gemäß der obirgen Formel, wobei χ = 0,37
und y = 0,36. Das Gemisch wurde naß 17 Stunden lang in einer Ku-
gelmühle gemahlen und dann getrocknet. Es wurde dann zu einem
; Körper zusammengepreßt und 2 Stunden lang bei 8500C kalziniert.
\ Das so kalzinierte Material wurde gemahlen und mit Polyvinylalko-
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— 1 —
liol als Binder-Lösung, vermischt. Bas Gemisch wurde granuliert ■
und dann zu einer I-förmigen Platte mit einem Druck von 700 kg/cm ■gepreßt. Die I-förmige Platte wurde "bei 1280 C 45 min lang geglüht.
Die so geglühte Platte (Keramik) hatte eine Zugfestigkeit
von 153 kg/cm (Querschnitt der Probe: 7x3 mm). Die erhaltene
Platte wurde etwa 1 "bis 60 Stunden lang auf eine temperatur erwärmt,
die um 1000C Ms 4000G unter der Glüht emp er atur lag, und
sie wurde dann mit einer Geschwindigkeit von 500C je Stunde abgekühlt.
Die auf diese Weise erhaltenen Keramiken hatten eine Zugfestigkeit gemäß.Tabelle 1. Jeder Wert in der Tabelle 1 ist ein
Durchschnittswert von fünf auf dieselbe Weise hergestellten Proben.
Tabelle 1; Erwärmungsbedingung und Zugfestigkeit (kg/cm )
800 | Erwärmungszeit (Stunden) | 20 | 60 | 80 | |
Erwär | 880 | •1 | 152 | 148 | — |
mungstem | 1000 | _ | 193 | 185 | 151 |
peratur | 1100 | 167 | 230 | 226 | - |
(0C) | 1180 | 208 | 263 | 238 | — - |
. Ϊ230 | 225 | 175 | 170 | 145 | |
168 | 147 | ||||
150 |
Zum Studium des Einflusses der Abkühlgeschwindigkeit wurden Proben auf dieseioe Weise wie oben beschrieben hergestellt, nur daß
die Abkühlungsgeschwindigkeit verändert wurde. Die Tabelle 2 zeigt die Ergebnisse, wobei jeder Wert ein Durchschnittswert von fünf
auf -dieselbe Weise hergestellten Proben ist.
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Tabelle 2: Erwärmungsbedingung, Abkühlgeschwindigkeit und
Zugfestigkeit (kg/cm ) | 300 50 10 |
Erwärmungsbe dingung | 10000O 20 Std. |
118O0C 1 Std. |
88O0C 60 Std. |
194 230 226 |
165 168 170 |
||
Abkühlungs- geschwindig keit (°C/Std.) |
171 185 182 |
|||
Beispiel II |
In diesem Beispiel wurden Keramiken, die durch die Formel WPb(Mg1/^Fb2Z5)O5-XPb(Mn1 /^Nb2 Z5)O5-JPbTiO5-ZPbZrO3 (w^,o, x>o,
y>o, z'>o , w + χ + y + ζ = 1) beschrieben werden können, ausgewählt,
um dem neuartigen Verfahren unterworfen zu werden. Durch Abwiegen von handelsüblichem PbO, MgO, Nb2O5, MnO2, TiO2 und ZrO2
mit hohem Reinheitsgrad wurde ein Gemisch derselben gemäß· der obigen
Formel hergestellt, wobei w = χ = 0,06 und y = 0,44. Das Gemisch wurde naß 17 Stunden lang in einer Kugelmühle gemahlen und
dann getrocknet. Es wurde dann zu einem Körper gepreßt und bei 8500C zwei Stundjien lang kalziniert. Das so kalzinierte Material
wurde gemahlen und mit Polyvinylalkohol als Binderlösung vermischt. Das Gemisch wurde granuliert und dann mit einem Druck von
700 kg/cm zu einer I-förmigen Platte gepreßt. Diese I-förm.lge
Platte wurde bei 12800C 45 min lang geglüht. Die so geglühte
Platte (Keramik) hatte eine Zugfestigkeit von 285 kg/cm . Die so erhaltene Keramikplatte wurde für 1 bis 60 Stunden auf eine Temperatur
erwärmt, die um 1000C bis 4000C unter der Glühtemperatur
lag, und sie wurde dann mit einer Geschwindigkeit von 50 C je
Stunde abgekühlt. Die auf diese Weise erhaltenen Keramiken hatten Zugfestigkeiten, wie sie in der Tabelle 3 angegeben werden. Jeder
Wert in der Tabelle 3 ist ein Durchschnittswert der Zugfestigkeit
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τοπ fünf auf dieselbe Weise hergestellten Proben.
[Tabelle 3: Erwärmungsbedingung und Zugfestigkeit (kg/cm )
800 | 1 | Erwärmungszeit (Std.) | 60 | 80 | |
880 | _ | 20 | 272 | _ | |
Erwär | 1000 | 316 | 280 | 318 | 276 |
mungstem | 1100 | 332 . | 327 | 340 | - |
peratur | 1180 | 368 | 378 | 355 | - |
(0C) | 123Ö | 323 | 428 | 308 | 269 |
278 | 330 | 264 | — | ||
- | |||||
Zum Studium des Einflusses der Abkühlgeschwiridigkeit wurden Proben
auf die oben beschriebene Weise hergestellt, nur daß die Abkühlgeschwindigkeit
verändert wurde* Die Tabelle 4 zeigt die Ergebnisse, wobei jeder Wert der Durchschnittswert der Zugfestigkeit
von fünf auf dieselbe Weise hergestellten Proben ist.
Tabelle 4: | Erwärmungsb e dingung | , Abkühlgeschwindigkeit und | Erwärmungsbedingung | 10000G 2o Std. |
11800C 1 Std. |
Zugfestigkeit | (kg/cm2) | 0C Std. |
342 378 363 |
310 323 312 |
|
880 60 |
|||||
Abkülilungsge- schwindigkeit (°O/Std.) |
309 318 314 |
||||
300 50 10 |
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In diesem Beispiel wurden Keramiken, die durch die !Formel
XPTd(Lx1 /JTb5/. )O7-yPbTiO~rzPbZrO5 + m Gew.-% MnO2 (x>o, y >
o', z_>o, m p»o, x + y+z=i) "beschrieben werden können, ausgewählt,
um dem neuartigen Verfahren unterworfen zu werden. Durch Abwiegen"
von handelsüblichem PbO, Li0CO7, Fb0Oj-, TiO0, ZrO0 und L-InO0 mit
«· C- J C. 0
C-
C-
C.
hohem Reinheitsgrad wurde ein Gemisch derselben gemäß der obigen Formel hergestellt, wobei χ = 0,1, y = 0,43 und m = 0,8. Das Gemisch
wurde naß 17 Stunden lang in einer Kugelmühle gemahlen und ■ dann getrocknet. Anschließend wurde es zu einem Körper gepreßt
und 2 Stunden lang bei 8500C kalziniert. Das so kalzinierte Material
wurde gemahlen und mit Polyvinylalkohol als Binderlösung vermischt. Dieses Gemisch wurde granuliert und dann zu einer I-förmigen
Platte mit einem Druck von 700 kg/cm gepreßt. Die I-förmige Platte wurde 45 min lang bei 125O0C geglüht. Die so geglühte
Platte (Keramik) hatte eine Zugfestigkeit von 280 kg/cm . Die so erhaltene Keramikplatte wurde 1 bis 60 Stunden lang auf eine Temperatur
erwärmt, die um 100 C bis 400 C unter der Glühtemperatur lag, und sie wurde dann mit einer Geschwindigkeit von 500C je
Stunde abgekühlt. Die auf diese Weise erhaltenen Keramiken hatten Zugfestigkeiten, wie sie in der Tabelle 5 angegeben werden. Jeder
Wert in der Tabelle 5 ist ein Durchschnittswert der Zugfestigkeit
von fünf auf dieselbe Weise hergestellten Proben. Bei dem Verfahren
dieser Erfindung kann die Wärmebehandlung ihren Vorteil selbst dann zeigen, wenn sie ohne einen zeitlichen Zwischenraum nach dem
Glüh-(Sinter-)Schritt angewendet wird. Die +'-Markierungen in der
Tabelle 5 zeigen an, daß die Wärmsbehandlung durchgeführt wurde ohne zeitlichen Abstand nach der Glühbehandlung.
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[Ρ ab eile 5: Erwärmungsbedingung und Zugfestigkeit (kg/cm )
■ | 750 850 1000 1150 1200 |
Erwärmungszeit (Std.) | 1 | 20 | 1 60 | 80 |
Erwärmungs- temperatur (0C) |
313 33O+; 322 272 |
278 325 375+) 334 |
269 320 345+) ' 303 260 |
275 263 |
Zum Studium des Einflusses der Abkühlungsgeschwindigkeit wurden '
Proben auf dieselbe Weise wie oben beschrieben hergestellt, nur daß die Abkühlungsgeschwindigkeit verändert wurde. Die Tabelle
zeigt das Ergebnis, wobei jeder Wert darin ein Durchschnittswert der Zugfestigkeiten von fünf auf dieselbe Weise hergestellten
Proben ist. Weiterhin entsprechen die mit einem +' markierten Werte
in der Tabelle 6 Verfahren, die auch in Tabelle 5 durch mit einem + ' markierte Werte gekennzeichnet sind.
Erwärmungsbedingung, Abkühlgeschwindigkeit und Zugfestigkeit (kg/cm )
300 50. 10 |
8500G 60 Std. |
Erwärmungsb e dingung | 1 | 1500G 1 Std. |
|
304 · 320 312 |
306 322 309 |
||||
Abkühlungsge- s chwindigkeit (°C/Std.) |
|||||
10000C 20 Std. |
|||||
338+) 375+) 354+) |
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In diesem Beispiel wurden Keramiken, die durch die Formel
n1 Z7Nb3Z5)O5-XPb(Sn1 Z7Nb2Z5)O5-VPbTiO5-ZPbZrO5 + m Gew.-%
p (wi>o, x>o, y>o, z>o, m >o', w + χ + y + ζ = 1) beschrieben
werden können, ausgewählt, um dem neuartigen Verfahren unterworfen zu werden. Durch Abwiegen τοπ handelsüblichem PbO, ZnO,
Nb2O5, SnOp, TiO2, ZrO2 und MnO2 von hohem Reinheitsgrad wurde
ein Gemisch derselben gemäß der obigen Formel mit w = χ = 0,05, j = 0,.44 und m = 1,0 hergestellt. Das Gemisch wurde naß 17 Stunden
lang in einer Kugelmühle gemahlen und dann getrocknet. Es wurde dann'zu einem Körper gepreßt und 2 Stunden lang bei 8500C kalzinierte
Das so kalzinierte Material wurde gemahlen und mit Polyvinylalkohol als Binderlösung vermischt. Dieses Gemisch wurde
granuliert und zu einer I-förmigen Platte mit einem Druck von 700 kg/cm gepreßt. Diese I-förmige Platte wurde 45 min lang bei
12800O geglüht. Die so geglühte Platte (Keramik) hatte eine Zugfestigkeit
von 255 kg/cm . Die so erhaltene Keramikplatte wurde 1 bis 60 Stunden lang auf eine Temperatur erwärmt, die um 1000G
bis 4000O unter der Glühtemperatur lag, und sie wurde dann mit
einer Geschwindigkeit von 500G je Stunde abgekühlt. Die auf diese
Weise hergestellten Keramiken hatten Zugfestigkeiten, die in der Tabelle 7 angegeben werden. Jeder Wert in der Tabelle 7 ist ein
Durchschnittswert der Zugfestigkeit von fünf auf dieselbe Weise hergestellten Proben.
Tabelle 7; Erwärmungsbedingung und Zugfestigkeit (kg/cm )
800 | Erwärmungszeit (Std.] | 20 | 60 | 80 ' | |
880 | 1 | 257 | 252 | - | |
Erwärmungs- | 1000 | - | 332 | 320 | 254 |
temperatur | 1100 | 324 | 376 | 347 | - |
(0C) | 1180 | 335 | 438 | 364 | - |
1230 | 375 | 336 | 312 | 250 | |
328 | — | 248 | - | ||
253 | |||||
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Zinn Studium des Einflusses der Abkühlungsge.schwindigkeit wurden
Proben auf dieselbe Weise hergestellt, wie sie oben beschrieben wurde, nur daß die Abkühlungs geschwindigkeit verändert wurde. Tabelle
8 zeigt das Ergebnis*, wobei jeder Wert darin der Durchschnittswert
der Zugfestigkeit von fünf auf dieselbe Weise hergestellten Proben ist.·
Tabelle 8: Erwärmungsbedingung, Abkühlungsgeschwindigkeit und Zugfestigkeit-(kg/cm )
300 50 10 |
8800C 60 Std. |
Erwärmungsbe dingung | 11800C 1 Std. |
|
Abkühlungsge schwindigkeit (°G/Std.) |
312 320 325. |
316 328 322 |
||
10000G 20 Std. |
||||
350 376 371 |
||||
Aus den Beispielen I bis IT geht hervor, daß die mechanische Zugfestigkeit
ferröelektrischer Keramiken, die einem Sinter- (Glüh-) Schritt unterworfen wurden, merklich gesteigert werden kann (um
70 bis 8 % im Vergleich zu denjenigen, die nicht der Erwärmungsund AblcUhlungsbehandlung gemäß dieser Erfindung unterworfen wurden),
indem die Keramiken etwa 1 bis 60 Stunden lang auf eine Temperatur erwärmt werden, die um 1000C bis 4000C unter der optimalen
Sintertemperatur liegt, und dann die so erwärmten Keramiken
mit' einer Geschwindigkeit von etwa 3000C bis 100C je Stunde abgekühlt
werden·» Die Zugfestigkeiten der in den Bereich der Ansprüche
der vorliegenden Erfindung fallenden, aber außerhalb des Bereichs der Beispiele I bis IY liegenden ferroelektrischen Ke'ramiken
zeigten ebenfalls Verbesserungen, die vergleichbar sind mit den hier in den Tabellen angegebenen Werten, wenn sie der Erwärmungsund
Abkühlungsbehandlung gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung
unterworfen wurden. Weiterhin zeigten die ferroelektrischen Keramiken, wenn sie der Erwärmungs- und Abkühlungsbehandlung
gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung unterworfen wurden,
eine Abnahme ihrer Impedanz um 24 bis 13.% im Resonanzzustand im
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Vergleich, zu denjenigen, die nicht der Erwärmungs- und Abkühlungsbehandlung gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung unterworfen
wurden. Daneben ist zu bemerken, daß, wie z.B. aus dem Beispiel III hervorgeht, die Erwärmungs- und Abkühlungsbehandlung
gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung ihren Vorteil auch dann erweist, wenn sie ohne einen zeitlichen Zwischenraum nach dem
Sinterschritt (zur Herstellung der ersten Keramiken), der der letzte Schritt nach dem herkömmlichen Verfahren ist, durchgeführt
wird, und nicht nur, wenn sie "bei Keramiken vorgenommen wird, die
gesintert und auf Raumtemperatur abgekühlt wurden.
Patentansprüche:
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Claims (5)
1.) Verfahren■zur Herstellung ferroelektrischer Keramiken
mit der folgenden Materialzusammensetzung:
I) Pb(FB1] J^To1 ^)O3-PbTiO3-PbZrO3,' wobei [B1J ist Mg, Zn, Gd,
Sn, Mn, Ee, Co und Ii 'für Index A=I/3, und 7B..j ist Li und Gu
für Index A=i/4,
II) Fb("B2] 3Nb1-3)O3-PTDC [B3J0IiTD1-0)O3-PbTiO3-PbZrO3, wobei [B2
und 1~bJj- [Bf [βS] , sind Mg, Zn, Cd, Sn, Mn, Fe, Co und Ni für
Indizes B und C=i/3, und[.Bpj und [.B,, , [^B0 : JB3 j , sind Li und
Gu für Indizes B und C=i/4,
III) Pb(^B1]^b1-1)O3-PbTiO3-PbZrO3 mit MnQ2, wobei [B1J ist Mg,
Zn, Cd, Sn, Pe, Co und Ni für-Index A=1/3, und [B1] ist Li und Cu
für Index A=1/4, und ' .
IV) Pb(lB2]-BNb1-;B)O3-Pb([B3]GNb1-O)O3-PbTiO3-PbZrO3 mit MnO2,
wobei ΓβοΊ und Γβ7~[ , Γβο]'Β71, sind Mg, Zn, Cd, Sn, Pe, Co und
Ni für Indizes B und 0=1/5, und Γ B0] und 'bJ1 , FBn 1 B-P , sind
Li und Cu für Ind'izes B und 0=1/4.
Li und Cu sind für' die Indizes B und C=i/4 dadurch gekennzeichnet,
daß die gesinterten Keramiken nach dem Sintern des Keramikmaterials einer Wärmebehandlung unterworfen werden in einem Temperaturbereich,
der um etwa 10O0C bis 4000C unter der Sintertemperatur
dieser Keramiken liegt, daß sie auf dieser Wärmebehandlungstemperatur etwa 1 bis etwa 60 Stunden lang gehalten werden und
dann mit einer Geschwindigkeit vo -τα etwa 3000C bis etwa 1O0C je
Stunde abgekühlt werden.
2. Verfahren zur Herstellung ferroelektrischer Keramiken, die aus dem Materialsystem Pb(Ni1 Z7Nb2Z7)O3-PbTiO3-PbZrO7 in
fester Lösung bestehen, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmebehandlung gesinterter Keramiken nach dem Sintern der Keramiken in
einem Temperaturbereich durchgeführt wird, der um etwa 1000C bis
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_ 16 _ 2456ObO
etwa 40O0G unter der Sintertemperatur der Keramiken liegt, und
-daß die Keramiken auf dieser Wärmebehandlungstemperatur etwa 1
"bis- etwa 60 Stunden lang gehalten werden und daß sie dann mit
einer Geschwindigkeit von etwa 300 C Ms etwa 10 C je Stunde abgekühlt
werden.
3. Verfahren zur Herstellung ferroelektrischer Keramiken, die aus dem Materialsystem Pb(Mg. /7Fbp/,0O7-Pb(in.y^ITbp/^)O7-PbTiO7-PbZrO-.
in.fester lösung bestehen, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmebehandlung gesinterter Keramiken nach dem Sintern
des Materials in einem !Temperaturbereich durchgeführt wird, der um etwa 1000G bis etwa 4000C unter der Sintertemperatur der Keramiken
liegt, daß sie auf der Wärmebehandlungstemperatur etwa
1 bis etwa 60 Stunden lang gehalten werden, und daß sie mit einer Geschwindigkeit von etwa 3000C.bis etwa 100G abgekühlt werden.
4. Verfahren zur Herstellung ferroelektrischer Keramiken, die aus dem Materialsystem Pb(Li. /,Eb7/JD^-PbTiO-Z-PbZrO,, plus
MnOp in fester Lösung bestehen, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmebehandlung gesinterter Keramiken nach dem Sintern des Materials
in einem Temperaturbereich durchgeführt wird, der um etwa 1000C bis etwa 40O0C unter der Sintertemperatur der Keramiken
liegt, daß sie auf der Wärmebehandlungstemperatur etwa 1 bis etwa 60 Stunden lang gehalten werden und daß sie mit einer Geschwindigkeit
von etwa 30O0C bis etwa 100C je Stunde abgekühlt werden.
5. Verfahren zur Herstellung ferroelektrischer Keramiken,
die aus dem Materialsystem Pb(Zn. /7lbp/^)O7-Pb(Sn1 /^JJbp/.,)O,-PbTiO7-PbZrO7
plus MnOp in fester' Lösung bestehen, dadurch gekennzeichnet,
daß die Wärmebehandlung gesinterter Keramiken nach dem Sintern des Materials in einem Temperaturbereich durchgeführt
wird, der um etwa 1000C Ms etwa 40O0C unter der Sintert emp eratur
der Keramiken liegt, daß sie auf der Wärmebehandlungstemperatur etwa 1 bis etwa 60 Stunden lang gehalten werden und daß sie mit
einer Geschwindigkeit von etwa 3000C bis etwa 100C je Stunde ab-
509 822/0925
gekühlt werden. . :·
•'6.'· - Verfahren zur Herstellung ferro elektrischer Keramiken,
die aus einem Material aus der" folgenden Gruppe "bestehen:
.I'b(iri1/3Hl)2/3)O.37!DlO.36ZrO.27Ö3·
()()o#o6[Dio#44Zro#44O3,
3+O.8 Gew.-% MnO2, und ·
OO55io44O3+1 Gew.-%
dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmebehandlung gesinterter Ke- ·
ramiken nach dem Sintern des Materials in einem ^temperaturbereich
durchgeführt wird, der um etwa 10O0C "bis etwa 4000C unter der
Sintertemperatur der Keramiken liegti daß sie auf der Wärmebehandlungstemperatur
etwa 1 "bis etwa 60 Stunden lang gehalten werden und daß sie mit einer Geschwindigkeit von etwa 3000C "bis etwa 100C'
je Stunde abgekühlt werden. . .
M 3535
'Dr.H.Pa/Di
'Dr.H.Pa/Di
109822/0928
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