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) Пьезокерамический материал, полученный из состава, содержащего оксид висмута 23, карбонат натрия 23, карбонат стронция 3 и оксид титана 2, отличающийся тем, что состав дополнительно содержит оксид кадмияи оксид циркония 2 при следующем соотношении компонентов, мас.23 35,42-40,11 23 6,91-8,32 3 11,20-13,49 2 29,48-35,52 6,00-9,98 2 4,90-7,01. Изобретение относится к области получения пьезокерамических материалов и может быть использовано в ультразвуковой технике, в силовых устройствах. Известен керамический материал для изготовления силовых устройств 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 пьезокерамический материал на основе (0,50,5)1-(, )3, имеющий следующий состав 2 16494 1 2012.10.30 23 7,13-10,82 23 31,36-51,74 3 1,95-12,98 2 25,09-34,77 3 7,59-10,12. Недостатком пьезокерамического материала на основе (0,50,5)1-(, )3 является то, что он имеет недостаточно высокую (8001000) относительную диэлектрическую проницаемость и относительно высокие диэлектрические потери (тангенс угла диэлектрических потерь 5 ). Задачей предлагаемого изобретения является улучшение электрофизических характеристик пьезокерамического материала. Предложен 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. Пьезокерамический материал получен из состава, содержащего оксид висмута 23,карбонат натрия 23, карбонат стронция 3 и оксид титана 2. Новым является то, что дополнительно содержится оксид кадмияи оксид циркония 2 при следующем соотношении компонентов, мас.23 35,42-40,11 23 6,91-8,32 3 11,20-13,49 2 29,48-35,52 6,00-9,98 2 4,90-7,01. Сущность изобретения состоит в следующем из смеси карбонатов стронция 3 и натрия 23, оксидов висмута 23, титана 2, кадмияи циркония 2, взятых в указанном выше соотношении, готовится состав и производится синтез пьезокерамического материала. Перед синтезом 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 состава материала проводится в электрической печи в атмосфере воздуха в алундовых тиглях при температуре 900 С в течение 2 ч. Далее таблетки синтезированного материала 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 1200 С в течение 2 ч. 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 Состав 6 Прототип мас.23 7,82 7,41 7,07 7,57 6,99 6,91 7,13-10,82 3 12,68 12,00 11,47 12,28 11,33 11,20 1,95-12,98 23 40,11 37,98 36,27 38,83 35,84 35,42 31,36-51,74 2 33,39 31,61 30,19 32,32 29,83 29,48 25,09-34,77 6,10 9,00 9,00 9,00 9,98 2 6,00 4,90 6,00 7,01 7,01 3 7,59-10,12 Свойства пьезокерамического материала подтверждаются результатами экспериментальной проверки, данные о которых приведены в табл. 2. 2 16494 1 2012.10.30 Таблица 2 Составы керамического материала Характеристики керамического Заявляемые Прототип материала Состав 1 Состав 2 Состав 3 Состав 4 Состав 5 Состав 6 Относительная диэлектрическая 450 1050 1250 1350 1140 1100 8001000 проницаемость Тангенс угла диэлектрических 2,0 3,2 1,9 3,5 2,1 23 5 потерь,Как следует из табл. 2, предлагаемый пьезокерамический материал в сравнении с прототипом позволяет повысить диэлектрическую проницаемость на 25 , обеспечивает возможность снижения диэлектрических потерь в 2,5 раза. Это свидетельствует о преимуществах предлагаемого пьезокерамического материала,предназначенного для использования в ультразвуковой технике, в силовых устройствах. Введение оксида циркония позволило снизить диэлектрические потери. Дополнительное введение оксида кадмия позволило увеличить плотность керамического материала,что привело к повышению диэлектрической проницаемости. Анализ результатов исследования характеристик керамических образцов с различными добавкамии 2 показывает, что наилучшие показатели имеет состав 3. Оптимальность состава предлагаемого материала подтверждается тем, что при введении добавки 2 более 7 мас.(состав 5) уменьшается добротность (растет тангенс угла диэлектрических потерь) и снижается значение диэлектрической проницаемости, а при введении его менее минимального количества (состав 2) 5 мас.уменьшается значение диэлектрической проницаемости и увеличивается тангенс угла диэлектрических потерь. Экспериментально установлено, что наилучший технический результат достигается при заявляемом соотношении компонентов материала. Он обеспечивает достижение значений диэлектрической проницаемости (11401250) и низких значений диэлектрических потерь (1,92,1 ). Технология изготовления пьезокерамического материала проста, экологически безопасна и промышленно применима. Практическое применение заявляемого пьезокерамического материала для ультразвуковой техники, силовых устройств обеспечивает высокую эффективность диэлектрических устройств и их низкую себестоимость. Источники информации 1..,,.,.(0,50,5)13//. - 2001. . 36. - . 1981-1985. 2..- -//. - 2005. - . 40. - . 8. - . 609-612. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 3