close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY13593

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(46) 2010.08.30
(12)
(51) МПК (2009)
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
BY (11) 13593
(13) C1
(19)
C 04B 35/49
ПЬЕЗОКЕРАМИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ
(21) Номер заявки: a 20090785
(22) 2009.05.29
(71) Заявитель: Государственное научнопроизводственное объединение
"Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по
материаловедению" (BY)
(72) Авторы: Акимов Александр Иванович; Савчук Галина Казимировна;
Летко Анжелика Константиновна
(BY)
(73) Патентообладатель: Государственное
научно-производственное объединение
"Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по
материаловедению" (BY)
(56) BY 10975 C1, 2008.
BY 11737 C1, 2009.
US 3403103, 1968.
SU 1738798 A1, 1992.
SU 1731761 A1, 1992.
EP 0652189 A1, 1995.
BY 13593 C1 2010.08.30
(57)
Пьезокерамический материал, содержащий титанат свинца, цирконат свинца, цинкониобат свинца и оксид галлия, отличающийся тем, что дополнительно содержит оксид
марганца MnO2 при следующем соотношении компонентов, мас. %:
PbTiO3
36,32-39,70
PbZrO3
40,1-42,1
Pb(Nb2/3Zn1/3)O3
18,90-20,38
Ga2O3
0,2-1,1
MnO2
0,2-1,0.
Изобретение относится к области получения пьезокерамических материалов и может
быть использовано для изготовления многослойных микроприводных устройств, используемых в робототехнике, в биомедицине, в микрохирургии для управления режущими инструментами.
В трехкомпонентных системах морфотропная область представляет собой двумерную
область, поэтому для таких систем число составов с высокими значениями пьезопараметров значительно выше, чем для бинарных систем.
Для тройной системы твердых растворов цинкониобата свинца - титаната свинца цирконата свинца xPb(Nb2/3Zn1/3)O3 - (1-х)(PbTiO3-PbZrO3) морфотропая область (МО)
наблюдается при x = 0,2÷0,3. Составы твердых растворов, расположенные вблизи МО, обладают наиболее высокими пьезоэлектрическими параметрами и могут быть использованы для получения на их основе высокоэффективных пьезокерамических материалов с
низкими температурами спекания.
Известен пьезокерамический материал состава 0,2Pb(Nb2/3Zn1/3)O3-0,8(PbTiO3-PbZrO3),
содержащий комбинированную микродобавку (0,5 % MnO2 и 1,5 % CuO) [1], позволившую снизить температуры спекания с 1225 °С до 900 °С.
BY 13593 C1 2010.08.30
Недостатком указанного материала является то, что при снижении температуры спекания наблюдается уменьшение пьезоэлектрических параметров получаемых керамик: d33
до 238⋅10-12 Кл/Н, кρ до 52 %.
Наиболее близким по технической сущности и составу к заявляемому изобретению
является пьезокерамический материал на основе цинко-ниобата свинца-цирконата-титаната
свинца следующего состава [2], мас. %:
PbTiO3
36,32-36,61
PbZrO3
42,12-42,46
Pb(Nb2/3Zn1/3)O3
20,56-20,72
Ga2O3
0,2-1,0.
Недостатком данного пьезокерамического материала является относительно высокие
диэлектрические потери (тангенс угла диэлектрических потерь (0,016-0,19), недостаточно
высокая относительная диэлектрическая проницаемость (1600-1890) и недостаточно высокое значение пьезомодуля d33 (345-450)⋅10-12 Кл/Н [3].
Задачей предлагаемого изобретения является улучшение технических характеристик
пьезокерамического материала с низкой температурой спекания за счет увеличения значений относительной диэлектрической проницаемости ε33t/ε0, механической добротности,
пьезомодуля d33, уменьшения диэлектрических потерь.
Предложен пьезоэлектрический керамический материал с низкой температурой спекания
для многослойных микроприводных устройств, который позволяет устранить недостатки
известных материалов такого же назначения, и обеспечивает достижение более высоких
значений относительной диэлектрической проницаемости, механической добротности,
пьезомодуля и меньших значений тангенса угла диэлектрических потерь.
Новым является то, что материал, содержащий титанат свинца, цирконат свинца, цинко-ниобат свинца и оксид галлия, дополнительно содержит оксид марганца MnO2 при следующем соотношении компонентов, мас. %
PbTiO3
36,32-39,70
PbZrO3
40,1-42,1
Pb(Nb2/3Zn1/3)O3
18,90-20,38
Ga2O3
0,2-1,1
MnO2
0,2-1,0.
Сущность изобретения состоит в следующем: в порошок предварительно синтезированного твердого раствора xPb(Nb2/3Zn1/3) - (1-x)(Zr0,5Ti0,5)O3 на стадии спекания наряду с
оксидом галлия дополнительно вводится оксид марганца. В порошки вводится этиловый
спирт до получения консистенции "густой сметаны". Полученная смесь перетирается в
яшмовой или агатовой ступке в течение 60 минут. Затем смесь формуется в диски при
давлении 0,1 ГПа, которые обжигаются в электропечи. Полученные керамические образцы
имеют высокую плотность (не ниже 98 % от теоретической плотности). Конкретными примерами заявляемого материала, иллюстрирующими изобретение, являются следующие составы:
Таблица 1
Компонент, мас. % Состав 1 Состав 2 Состав 3 Состав 4 Состав 5 Прототип
PbTiO3
39,84
39,70
38,5
36,32
36,29
36,32÷36,61
PbZrO3
40,08
40,10
41,0
42,10
42,12
42,12÷42,46
Pb(Nb2/3Zn1/3)O3
18,70
18,90
19,6
20,38
20,40
20,56÷20,72
Ga2O3
1,20
1,10
0,40
0,20
0,17
0,1÷5,0
MnO2
0,18
0,20
0,50
1,00
1,02
Оптимальная добавка MnO2 находится в пределах (0,2-1,0) мас. % и при увеличении ее
количества уменьшается диэлектрическая проницаемость ε33t/ε0 и пьезомодуль d33. Если
добавка оксида галлия меньше, чем 0,2 мас. %, то повышения диэлектрической проницаемости и пьезомодуля d33 не наблюдается.
2
BY 13593 C1 2010.08.30
Свойства пьезокерамических образцов предлагаемых составов и прототипа приведены
в табл. 2.
Таблица 2
Параметры
Прототип Состав 1 Состав 2 Состав 3 Состав 4 Состав 5
Диэлектрическая
1890
1890
1900
2100
1910
1880
проницаемость, ε33t/ε0
Диэлектрические
0,016
0,015
0,010
0,009
0,011
0.016
потери, tgδ
Коэффициент электромеханической
0,60
0,60
0,61
0,62
0,61
0,60
связи, kρ
Пьезомодуль
453
454
457
470
455
453
d33⋅10-12, Кл/Н
Механическая
55
55
70
120
80
57
добротность, QM
Температура Кюри, °С
305
324
322
320
310
308
Выбор в качестве легирующей микродобавки оксида марганца обусловлен тем, что
наиболее стабильными ионами марганца являются ионы с валентностью +3, значения
ионных радиусов которых соизмеримы с радиусами ионов Nb+5, поэтому ионы Mn+3
должны занимать В-позиции в кристаллической решетке. В результате замещения Впозиций ионы марганца уменьшают заряд на 2 единицы.
Ионы галлия Ga+3 занимают позиции цинка Zn+2 и являются неизовалентной примесью, вносящей дополнительный заряд +1. Исследования показали, что при одновременном
введении в керамику оксидов галлия и марганца для диэлектрической проницаемости выполняется свойство аддитивности, что позволяет получить высокие значения диэлектрической проницаемости.
Дополнительное введение оксида марганца позволило увеличить плотность керамического материала, что привело в свою очередь к снижению на 44 % тангенса диэлектрических потерь (с 0,016 до 0,009).
Как следует из табл. 2, предлагаемый керамический материал в сравнении с прототипом
позволяет повысить диэлектрическую проницаемость на 12 %, увеличить механическую
добротность в 1,2 раза, обеспечивать возможность получения более высокого значения
пьезомодуля.
Это свидетельствует о преимуществах предлагаемого керамического материала предназначенного для многослойных микроприводных устройств. Технология изготовления
керамического материала проста, экологически безопасна и промышленно применима.
Практическое применение заявляемого керамического материала для изготовления
многослойных микроприводных устройств обеспечивает высокую эффективность их работы при более низкой их себестоимости.
В настоящее время разработан состав керамического материала, а так же изготовлены
опытные партии материала и изделий из него и проведены их испытания, результаты которых подтверждают получение технического результата.
Источники информации:
1. Hou Y.D., Zhu M.K., Wang H. et. al. Effect of CuO addition on the structure and electrical properties of low temperature sintered Pb((Nb2/3Zn1/3)0,2 - (Zr0,5Ti0,5)0,8)O3 ceramics. Materials Science and Engineering // Materials Science and Engineering. - 2004. - V.110. - P.23-31.
2. Патент РБ 10975. Пьезокерамический материал. Зарегистрирован в Государственном реестре изобретений 07.05.2008.
Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
3
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
83 Кб
Теги
by13593, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа