SU734166A1 - Piezoelectric ceramic material - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к области пьезотехники и может быть использовано дл создани  электромеханических преобразователей , работающих в широком диапазон температур, одноосных сжимающих механических нагрузок и одновременно воздействующих температур и механических напр жений. Известен сег етоэпектрик со слоистой пёровскитоподЪбной структурой - титанат висмута BS4.. И который содер жит окислы в следующих количествах (вес.%): 79,54 Bl2. О, 20,46. TiO, 2--- Однако величины диэлектрической про ницаемости (E.JJ 130) и пьезомодул  dja , измеренного в квазистатическом режиме (d 7-8x10 К/Н) титаната висмута невысоки. Кроме того, вследствие высокой проводимости рабоча  температура не превышает . При более высокой Температуре наступает резкое ухудшение пьезоэлектрических характеристик. Обратимые и необратимые изменени  пьезочувствительности при воздействи  осного механического сжати , приложенного вдоль оси пол ризашйи, возрастают и материал .пощюстью тер ет пьезоактив- ность. Наиболее близким техническим решением к данному  вл етс  керамический материал на основе титаната висмута (, О ,j); содержащий в качестве добавки оксиды ниоби  (Nbj. Oj) и неодима ( ) Г2 в следующем соотношении: В 2. Оз77,98 - 78,75 Тт 0220,06 - 20,26 NbiOg0,49 - О,98 0,49 - 0,98. Этот материал имеет более высокие по сравнению с . . диэлектрические и пьезоэлектрические характеристики (,5« 23х10 К/Н) и обладает высокой стабильностью пьезоэлектрической чувствительности в интервале температур 2О-4ОО С, тем самым . обеспечива  надежную работу пьеэоэлементов , используемых дл  создани  элект. ромеханических преобразователей в указанном диапазоне температур. Однако дп  р да практических устройств этот диапазон температур недостаточно широк и, кроме того, этот материал имеет узкий интервал спекани  (1170-И80 С)Г Целью изобретени   вл етс  расширение интервала температур спекаш  и ди апазона рабочих температур. Согласно изобретению, эта цель дост :гаетс  тем, что пьезоэлектрический мат риал на основе титаната висмута, содержащий BijO, TiOa и добавку, содержит качестве добавки WO и . при следующем соотношении компонентов, весЛ Bi2 03 75,04 - 79,22 TiOi19,3 ,.-, 20,38 Оэ1,02 - 4,7 Nij-i Oj0,4 - 0,99 Образцы из предлагаемого пьезокерамического материала готов т по обычной керамической технологии методом дву- кратного обжига. Исходные вещества (оксиды) смешивают в мокром виде к из полученной ших ты прессуют брикеты. Брикеты подвергаю предварительному обжигу при в течение 2 ч затем тщательно измельчаю в порошок, после чего в качестве св зки добавл ют небольшое количество поливинилового спирта и прессуют заготовки за данной формы. Спрессованные издели  по мещ-ают в печь и спекают при 1О701180 С в течение 1 ч. Скорость подъем температуры 200-300°/час. Электроды нанос т методом вжигани  серебр ной пасты при 800°С в течение 10-15 мин. Пол ризацию осуществл ют в полисилоксановой жидкости при 2ОО°С в течение 1 ч в посто нном электрическом поле: напр женностью ЗО кв/см. Дополнительно к обычной технологии пол ризованные образцы нагревают, до и прикладывают однослойное механическое сжатие до ЗООО кгс/см вдоль оси пол ризации. Конкретные составы представлены в табл. 1. Данные с пьезоэлектрических и диэлектрических свойствах, а также о стабильности предлагаемого материала при- ведены в табл. 2. Пъезокерамический материал предлагаемого состава имеет повышенное значение диэлектрической проницаемости и сохран ет прежнее значение пьезоэлектрического модул  da а также его стабильность в .диапазоне давлений 2О3000 кгс/см . Материал сохран ет стабильность пьезоэлектрического модул  Од в более широком диапазоне температур (до 640с). Необратимые измеdj нени  пьезомодул  измеренного в квазистатическом режиме в диапазоне температур от -2ОО - отсутствуют , а обратимые не превышают 1О%. Кроме того, материал сохран ет стабильность пьезоэлектрического модул  dj) при одновременном воздействии температуры до 640 С и давлени  до 3000 кгс/см . Необратимые изменени  при этом практически отсутствуют, а обратимые не превышают 12-15%. Таким образом, данный материал обепечивает надежную работу пьезоэлементов , используемых дл  создани  преобразователей в диапазоне температур от 200 до +640 С и при комплексном возействии температуры до 640с и давлеи  до 3000 кгс/смЗ Пъезокерамический материал предлагамого состава имеет расширенный .лнтер ал температур спекани  (1О70-118ОС), то в значительной степени повышает техологичность материала. Таблица 1The invention relates to the field of piezotechnics and can be used to create electromechanical transducers operating in a wide range of temperatures, uniaxial compressive mechanical loads and simultaneously affecting temperatures and mechanical stresses. The etoefectric segmented with a layered perovskite podborbny structure is known: bismuth titanate BS4 .. And which contains oxides in the following amounts (wt.%): 79.54 Bl2. Oh, 20.46. TiO, 2 --- However, the values of dielectric permeability (E.JJ 130) and piezomodul dja, measured in the quasistatic mode (d 7-8x10 K / N), are not high in bismuth titanate. In addition, due to high conductivity, the operating temperature does not exceed. At higher temperatures, a sharp deterioration of the piezoelectric characteristics occurs. Reversible and irreversible changes in piezosensitivity when subjected to axial mechanical compression applied along the polarization axis increase, and the material loses piezo activity by virtue of its strength. The closest technical solution to this is a ceramic material based on bismuth titanate (, O, j); containing as an additive oxides of niobium (Nbj. Oj) and neodymium () G2 in the following ratio: B 2. Oz77.98 - 78.75 Tt 0220.06 - 20.26 NbiOg0.49 - O, 98 0.49 - 0 , 98. This material is higher compared to. . dielectric and piezoelectric characteristics (, 5 "23x10 K / N) and has a high stability of the piezoelectric sensitivity in the temperature range of 2О-4ОО С, thereby. ensuring reliable operation of the piezoelectric elements used to create elect. romechanical transducers in the specified temperature range. However, in practical devices this temperature range is not wide enough, and, moreover, this material has a narrow sintering interval (1170-I80 C). The aim of the invention is to expand the range of temperatures of spekash and range of operating temperatures. According to the invention, this objective is achieved in that the piezoelectric material based on bismuth titanate containing BijO, TiOa and the additive contains as an additive WO and. in the following ratio of components, the weight of Bi2 03 75.04 - 79.22 TiOi19.3, .-, 20.38 Oe1.02 - 4.7 Nij-i Oj0.4 - 0.99. Samples of the proposed piezoceramic material are prepared according to conventional ceramic technology by double firing. The starting materials (oxides) are mixed in the wet state to the briquettes pressed from the obtained ones. The briquettes are pre-baked for 2 hours, then thoroughly ground into a powder, after which a small amount of polyvinyl alcohol is added as a binder and pressed into pieces of this form. The pressed products are placed in the furnace and are sintered at O701180 C for 1 hour. The rate of temperature rise is 200-300 ° / hour. Electrodes are deposited using silver paste paste at 800 ° С for 10–15 min. The polarization is carried out in a polysiloxane liquid at 2OO ° C for 1 h in a constant electric field: with a strength of 30 ps / cm. In addition to the conventional technology, polarized samples are heated, and single-layer mechanical compression is applied up to ZOOO kgf / cm along the polarization axis. Specific formulations are presented in table. 1. The data with piezoelectric and dielectric properties, as well as about the stability of the proposed material are given in Table. 2. The piezoceramic material of the proposed composition has an increased dielectric constant value and maintains the same value of the piezoelectric module da as well as its stability in the pressure range of 2000-3000 kgf / cm. The material retains the stability of the piezoelectric module Od over a wider temperature range (up to 640 s). Irreversible changes in piezomodules measured in the quasi-static mode in the temperature range from –2OO are absent, and reversible ones do not exceed 1O%. In addition, the material maintains the stability of the piezoelectric module (dj) with simultaneous exposure to temperatures up to 640 ° C and pressures up to 3000 kgf / cm. At the same time, irreversible changes are practically absent, and reversible changes do not exceed 12-15%. Thus, this material ensures reliable operation of the piezoelectric elements used to create transducers in the temperature range from 200 to + 640 ° C and with a complex effect of temperature up to 640 s and pressure up to 3000 kgf / cm 3 The piezoceramic material of the proposed composition has an extended sintering temperature -118OS), then greatly increases the tehologichnost material. Table 1

SVCO,SVCO,

NWO.NWO.

0,990.99

2,13 3,342.13 3.34

1,021.02

жащий , Ti добавку, отпйчающийс  тем, что, с цепью рсширени  интервала температур спекани  и диапазона рабочих температур, в качестве добавки он содержит YfO и Nt при следующем соотношении компонентов, вес,%:sticking, Ti additive, given by the fact that, with a chain extending the sintering temperature range and operating temperature range, as an additive it contains YfO and Nt in the following ratio of components, weight,%:

Таблица 2table 2

Источники информации, прин тые во внимание при экспертизеSources of information taken into account in the examination

1.Е.С.5оЪЪагс10, Чем V. 22, № 1961, р. 804-8О7.1.E.S.5OBER10, Than V. 22, No. 1961, p. 804-8О7.

2. Авторское свидетельство СССР NO 497267, С 04 В 35/00, 1975.2. USSR author's certificate NO 497267, C 04 B 35/00, 1975.

Claims (1)

Формула изобретенияClaim Пьезоэлектрический керамический материал на основе титаната висмута, содержащий , Τι О2. и добавку, от- 35 пйчающийся тем, что, с цепью рсширения интервала температур спекания и диапазона рабочих температур, в качестве добавки он содержит и при следующем соотношении компонентов, вес.%:Piezoelectric ceramic material based on bismuth titanate, containing, Оι O2. and an additive, characterized in that, with a chain for expanding the sintering temperature range and the operating temperature range, it also contains an additive in the following ratio of components, wt.%: 0« 75,04 -79,220 "75.04 -79.22 Ti 0₂ 19,3 -20,38Ti 0 ₂ 19.3 -20.38 W₃ 1,02 -4,7W ₃ 1.02 -4.7 Nb₂ 0₅ 0,4 -0,99Nb ₂ 0 ₅ 0.4 -0.99