RU2067567C1 - Blend for manufacturing piezoceramic material - Google Patents

Abstract

FIELD: piezo equipment. SUBSTANCE: blend for preparing piezoceramic material comprises lead, titanium, zirconium, bismuth, manganese, lantanum, nickel and barium oxides, the ratios of components being as follows (wt%): 63-64 PbO; 19-20 ZrO₂; 11-12 TiO₂; 0.8-1.0 Bi₂O₃; 0.25-39 MnO₂; 0.5-0.7 La₂O₃; 0.3-0.5 NiO; 2.7-3.0 BaCO₃, the claimed invention can be effective in manufacturing piezotransformers, piezoengines, altrasonic radiators, high-voltage generators and other piezoequipment using power modes. EFFECT: reduced dielectric permeability values, lower dielectric losses, high mechanical serviceability and wider range of operating temperatures and high piezoconstants of the piezoceramic material.

Description

Изобретение относится к области производства пьезоэлектрических керамических материалов и может быть использовано для создания пьезотехнических устройств, работающих в силовых режимах, - пьезотрансформаторов, пьезодвигателей, ультразвуковых излучателей, генераторов высокого напряжения и др. The invention relates to the production of piezoelectric ceramic materials and can be used to create piezoelectric devices operating in power modes - piezotransformers, piezoelectric motors, ultrasonic emitters, high voltage generators, etc.

Известны пьезокерамические материалы на основе титаната-цирконата свинца ПРК-8 и PZT-8, описанные в (1), характеристики которых приведены в таблице 1. Указанные материалы имеют относительно невысокие значения пьезоэлектрических коэффициентов, что ограничивает возможности их использования в пьезотехнических устройствах. Piezoceramic materials based on lead titanate-zirconate PRK-8 and PZT-8 are known, described in (1), the characteristics of which are shown in Table 1. These materials have relatively low values of piezoelectric coefficients, which limits the possibility of their use in piezotechnical devices.

Наиболее близким к заявленному изобретению по технической сущности является известный пьезокерамический материал на основе цирконата-титаната свинца ЦТМ-Ст-3(в), получаемый по обычной керамической технологии и содержащий оксиды свинца, титана, циркония, висмута, марганца, лантана, стронция и цинка. Основные характеристики этого материала приведены в (2), таблица 2. Материал-прототип отличается высокими значениями ε₃₃/ε₀, tgδ и невысокой механической добротностью Q_м.Closest to the claimed invention in technical essence is the known piezoceramic material based on lead zirconate-titanate TsTM-St-3 (c), obtained by conventional ceramic technology and containing oxides of lead, titanium, zirconium, bismuth, manganese, lanthanum, strontium and zinc . The main characteristics of this material are given in (2), table 2. The prototype material is characterized by high values of ε ₃₃ / ε ₀ , tanδ and low mechanical quality factor Q _m .

Заявленное изобретение позволяет получить пьезокерамический материал, обладающий пониженным значением диэлектрической проницаемости, более низкими диэлектрическими потерями, высокой механической добротностью и расширенным диапазоном рабочих температур при сохранении высоких значений пьезоконстант. The claimed invention allows to obtain a piezoceramic material having a lower dielectric constant, lower dielectric losses, high mechanical quality factor and an expanded range of operating temperatures while maintaining high values of piezoelectric constants.

Указанный технический эффект достигается тем, что в известный пьезокерамический материал, включающий оксиды свинца титана, циркония, висмута, марганца, лантана, введены оксиды никеля и бария при следующем соотношении компонентов, мас. The specified technical effect is achieved by the fact that nickel and barium oxides are introduced in the well-known piezoceramic material, including lead oxides of titanium, zirconium, bismuth, manganese, lanthanum, in the following ratio of components, wt.

PbO 63-64
ZrO₂ 19-20
TiO₂ 11-12
Bi₂O₃ 0,8-1,0
MnO₂ 0,25-0,30
La₂O₃ 0,5-0,7
NiO 0,3-0,5
BaCO₃ 2,7-3,0.PbO 63-64
ZrO ₂ 19-20
TiO ₂ 11-12
Bi ₂ O ₃ 0.8-1.0
MnO ₂ 0.25-0.30
La ₂ O ₃ 0.5-0.7
NiO 0.3-0.5
BaCO ₃ 2.7-3.0.

Введение в пьезокерамический материал оксидов бария и никеля позволяет улучшить основные электрофизические параметры с точки зрения снижения диэлектрической проницаемости и диэлектрических потерь, повысить механическую добротность и расширить диапазон рабочих температур при сохранении высоких значений пьезоконстант. The introduction of barium and nickel oxides into the piezoceramic material makes it possible to improve the basic electrophysical parameters from the point of view of reducing the dielectric constant and dielectric loss, increase the mechanical quality factor, and expand the range of working temperatures while maintaining high values of piezoelectric constants.

Изобретение осуществляют следующим образом. The invention is as follows.

В качестве исходных материалов предложенного пьезокерамического материала использовались оксиды PbO, ZrO₂ квалификации "ч", TiO₂ - квалификации "конденсаторная", Bi₂O₃, MnO₂, NiO, BaCO₃ квалификации "чда", La₂O₃ квалификации ЛАО.The starting materials of the proposed piezoceramic material were oxides of PbO, ZrO ₂ qualification “h”, TiO ₂ — qualification “capacitor”, Bi ₂ O ₃ , MnO ₂ , NiO, BaCO ₃ qualification “chda”, La ₂ O ₃ qualification LAO.

Материал получали следующим образом. Смешение компонентов осуществляли в шаровой мельнице в водной среде. После сушки шихту брикетировали и синтезировали при 1120 К в течение 14,4•10³ с. Спекание образцов диаметром 11 м и высотой 3 мм осуществляли в течение 7,2•10³ с при 1490-1530 К. На сошлифованные до 1 мм диски вжиганием наносили серебряные электроды. Образцы поляризовали в воздушной среде с переходом через точку Кюри электрическим полем напряженностью 10 кВ/см в течение 20 с с охлаждением под полем до комнатной температуры.The material was prepared as follows. The components were mixed in a ball mill in an aqueous medium. After drying, the mixture was briquetted and synthesized at 1120 K for 14.4 • 10 ³ s. Sintering of samples with a diameter of 11 m and a height of 3 mm was carried out for 7.2 • 10 ³ s at 1490-1530 K. Silver electrodes were deposited by grinding by grinding by grinding them up to 1 mm. Samples were polarized in air with a 10 kV / cm electric field passing through the Curie point for 20 s with cooling under the field to room temperature.

Определение электрофизических характеристик проводилось в соответствии с ГОСТом 12370-72, пьезомодуль d₃₃ определялся квазистатическим методом.The determination of the electrical characteristics was carried out in accordance with GOST 12370-72, the piezoelectric module d _{33 was} determined by the quasistatic method.

В таблице 2 приведены основные характеристики полученного материала в зависимости от состава. Table 2 shows the main characteristics of the obtained material depending on the composition.

Полученные экспериментальные данные свидетельствуют о том, что пьезокерамический материал предложенного состава обладает оптимальными с точки зрения решаемой технической задачи характеристиками в интервале величин, указанном в формуле изобретения (см. табл. 2). The obtained experimental data indicate that the piezoceramic material of the proposed composition has optimal characteristics from the point of view of the technical problem to be solved in the range of values specified in the claims (see table. 2).

Данные, приведенные в таблице 1, подтверждают преимущества предложенного пьезокерамического материала по сравнению с материалами-аналогами и прототипом ЦТС-Ст-3, а именно снижение значения диэлектрической проницаемости, более низкие диэлектрические потери, высокую механическую добротность, повышение предела рабочих температур при сохранении высоких значений пьезоконстант. The data presented in table 1 confirm the advantages of the proposed piezoceramic material compared with similar materials and the prototype TsTS-St-3, namely, a decrease in the dielectric constant, lower dielectric loss, high mechanical quality factor, an increase in the operating temperature limit while maintaining high values piezoelectric constants.

Использование изобретения эффективно при создании пьезотрансформаторов, пьезодвигателей, ультразвуковых излучателей, генераторов высокого напряжения и других изделий пьезотехники, работающих в силовых режимах. The use of the invention is effective in creating piezotransformers, piezoelectric motors, ultrasonic emitters, high voltage generators and other piezoelectric products operating in power modes.

Claims (1)

Шихта для получения пьезокерамического материала, включающая PbO, ZrO₂, TiO₂, Bi₂O₃, MnO₂ и La₂O₃, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит NiO и BaCO₃ при следующем соотношении компонентов, мас.The mixture to obtain a piezoceramic material, including PbO, ZrO ₂ , TiO ₂ , Bi ₂ O ₃ , MnO ₂ and La ₂ O ₃ , characterized in that it additionally contains NiO and BaCO ₃ in the following ratio of components, wt. PbO 63 64
ZrO₂ 19 20
TiO₂ 11 12
Bi₂O₃ 0,8 1,0
MnO₂ 0,25 0,30
La₂O₃ 0,5 0,7
NiO 0,3 0,5
BaCO₃ 2,7 3,0PbO 63 64
ZrO ₂ 19 20
TiO ₂ 11 12
Bi ₂ O ₃ 0.8 1.0
MnO ₂ 0.25 0.30
La ₂ O ₃ 0.5 0.7
NiO 0.3 0.5
BaCO ₃ 2.7 3.0

Images