Бессвинцовый пьезокерамический материал

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Государственное научнопроизводственное объединение Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по материаловедению(72) Авторы Акимов Александр Иванович Савчук Галина Казимировна Летко Анжелика Константиновна(73) Патентообладатель Государственное научно-производственное объединение Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по материаловедению(57) Бессвинцовый пьезокерамический материал, полученный из композиции, содержащей карбонат натрия и оксид титана, отличающийся тем, что композиция дополнительно содержит оксид висмута и оксид кадмия при следующем соотношении компонентов, мас.23 10,62-11,22 2 32,0-33,81 23 46,67-49,31 6,26-10,11. Изобретение относится к области получения бессвинцовых пьезокерамических материалов и может быть использовано для изготовления датчиков, актуаторов и излучателей. Известен керамический материал для изготовления датчиков, актуаторов и излучателей состава (0,50,5)1-3, где,и 1. Недостатком данного материала является низкое значение относительной диэлектрической проницаемости и тангенса диэлектрических потерь. Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является бессвинцовый пьезокерамический материал на основе (0,50,5)1-3 2. Недостатком бессвинцового пьезокерамического материала на основе (0,50,5)1-3 является то, что он имеет недостаточно высокую (295308) относительную диэлектрическую проницаемость и относительно высокие диэлектрические потери (тангенс угла диэлектрических потерь (1,14,3 . Задачей предлагаемого изобретения является улучшение технических характеристик бессвинцового пьезокерамического материала. 16443 1 2012.10.30 Предложен бессвинцовый пьезокерамический материал, который позволяет устранить недостатки известных материалов такого же назначения и обеспечивает достижение более высоких значений относительной диэлектрической проницаемости и значительно меньших значений тангенса угла диэлектрических потерь. Бессвинцовый пьезокерамический материал получен из композиции, содержащей карбонат натрия и оксид титана. Новым является то, что композиция дополнительно содержит оксид висмута и оксид кадмия при следующем соотношении компонентов, мас.23 10,62-11,22 2 32,0-33,81 23 46,67-49,31 6,26-10,11. Сущность изобретения состоит в следующем для получения бессвинцового пьезокерамического материала, композиция которого состоит из карбоната натрия 23 и оксидов титана 2, висмута 23 и кадмия , взятых в указанном выше соотношении,производится синтез соединения (0,50,5)1-3 (фиг. 1, приводится рентгенограмма соответствующего соединения). Для синтеза в смесь добавляется этиловый спирт, затем полученная смесь подвергается помолу в планетарной мельнице в течение 30 мин. После помола порошок высушивается и прессуется в таблетки при давлении 0,1 ГПа. Синтез составапроводится в электрической печи в атмосфере воздуха в алундовых тиглях при температуре 800 С в течение 2 ч. Далее таблетки синтезированного (0,50,5)1-3 измельчаются, производится добавление связующего вещества и полученная смесь перетирается в яшмовой или агатовой ступке в течение 30 мин. После перетирания из смеси формовались диски, обжиг которых производился в электропечах при температуре 1160 С в течение 2 ч. Полученные керамические образцы имели высокую плотность (98 от теоретической) (фиг. 2, приводится фотография микроструктуры керамических образцов бессвинцового пьезокерамического материала). Конкретными примерами заявляемого материала, иллюстрирующими изобретение, являются следующие составы, данные о которых приведены в табл. 1. Таблица 1 Компонент,Состав 1 Состав 2 Состав 3 Состав 4 Состав 5 Прототип мас.23 11,69 10,62 10,91 11,22 10,34 8,18-10,52 2 35,84 33,81 32,88 32,0 31,17 25,09-32,26 В 2 О 3 52,27 49,31 47,95 46,67 45,45 36,59-47,04 0,20 6,26 8,26 10,11 13,04 23 10,08-20,14 Свойства бессвинцового пьезокерамического материала подтверждаются результатами экспериментальной проверки, данные о которых приведены в табл. 2. Таблица 2 Характеристики керамического материала Относительная диэлектрическая проницаемость Тангенс угла диэлектрических потерь,Составы керамического материала Заявляемые Прототип Состав 1 Состав 2 Состав 3 Состав 4 Состав 5 830 16443 1 2012.10.30 Как следует из табл. 2, предлагаемый бессвинцовый пьезокерамический материал в сравнении с прототипом позволяет повысить диэлектрическую проницаемость более чем в 5 раз, обеспечивает возможность снижения диэлектрических потерь на 36 . Это свидетельствует о преимуществах предлагаемого бессвинцового пьезокерамического материала, предназначенного для датчиков, актуаторов и излучателей. Анализ результатов исследования характеристик керамических образцов с различными добавкамипоказывает, что наилучшие показатели имеет состав 3. Оптимальность состава предлагаемого материала подтверждается тем, что при введении добавкиболее максимального количества 13,04 мас.(состав 5) уменьшаются добротность (растет тангенс угла диэлектрических потерь) и значение диэлектрической проницаемости, а при введении его менее минимального количества (состав 1) 0,20 мас.уменьшается значение диэлектрической проницаемости и увеличивается тангенс угла диэлектрических потерь. Экспериментально установлено, что наилучший технический результат достигается при заявляемом соотношении компонентов материалов. Он обеспечивает достижение значений диэлектрической проницаемости (11401500) и низких значений диэлектрических потерь (0,71,1 ). Технология изготовления бессвинцового пьезокерамического материала проста, экологически безопасна и промышленно применима. Практическое применение заявляемого бессвинцового пьезокерамического материала для изготовления датчиков, актуаторов и излучателей обеспечивает высокую эффективность диэлектрических устройств и их низкую себестоимость. В настоящее время разработан состав бессвинцового пьезокерамического материала, а также изготовлены опытные партии материала и изделий из него и проведены их испытания, результаты которых подтверждают получение технического результата. Источники информации 1..,,.,.(0,50,5)13//. - 2001. . 36. - . 1981-1985. 2..,.,. - --//- . . - 2009. - . 72. - . 999-1009. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 3