RU2185351C2 - Piezoelectric ceramic material - Google Patents
Piezoelectric ceramic material Download PDFInfo
- Publication number
- RU2185351C2 RU2185351C2 RU2000117200A RU2000117200A RU2185351C2 RU 2185351 C2 RU2185351 C2 RU 2185351C2 RU 2000117200 A RU2000117200 A RU 2000117200A RU 2000117200 A RU2000117200 A RU 2000117200A RU 2185351 C2 RU2185351 C2 RU 2185351C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- piezoelectric
- piezoelectric ceramic
- pbtio
- ceramic material
- biti
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области пьезоэлектрических керамических материалов и может быть использовано для создания электромеханических преобразователей, работающих в широком диапазоне температур и давлений. The invention relates to the field of piezoelectric ceramic materials and can be used to create electromechanical transducers operating in a wide range of temperatures and pressures.
Известны следующие пьезокерамические материалы на основе цирконата-титаната свинца, работающие при повышенных температурах:
-ЦТС-21 /1/, имеющий параметры:
ε33/ε0 = 420-600; tgδ ≤ 0,018; Kp=0,27-0,4;
|d31| = (30-60) пКл/H; d33=75-120 пКл/Н; Тк≥400oС;
- пьезокерамический материал /2/, имеющий параметры:
ε
|d31| = 35 пКл/H; d33=75 пКл/Н; Тк=400oС.The following piezoelectric ceramic materials based on lead zirconate titanate operating at elevated temperatures are known:
-TsTS-21/1 / having parameters:
ε 33 / ε 0 = 420-600; tanδ ≤ 0.018; K p = 0.27-0.4;
| d 31 | = (30-60) pCl / H; d 33 = 75-120 pCl / N; T to ≥400 o C;
- piezoceramic material / 2 /, having parameters:
| d 31 | = 35 pCl / H; d 33 = 75 pCl / N; T to = 400 o C.
Указанные пьезокерамические материалы имеют хорошую пьезоэлектрическую активность, однако их максимальная рабочая температура не превышает 300oС.These piezoceramic materials have good piezoelectric activity, however, their maximum operating temperature does not exceed 300 o C.
Наиболее близким к заявляемому материалу по технической сущности является пьезоэлектрический керамический материал /3/, содержащий ВiTi3/4О3, РbТiO3, PbZrО3, PbW1/2Cd1/2O3, при следующем соотношении компонентов, мол.%:
РbТiO3 - 58,25-62,25
PbZrО3 - 19,25-20,75
PbW1/2Cd1/2O3 - 2,0-2,50
ВiTi3/4O3 - 15,0-20,0
имеющий параметры:
ε
|d31| = 15 пКл/H; d33=35-42 пКл/Н; Тк=442-456oС.The closest to the claimed material in technical essence is a piezoelectric ceramic material / 3 / containing BiTi 3/4 O 3 , PbTiO 3 , PbZrO 3 , PbW 1/2 Cd 1/2 O 3 , with the following ratio of components, mol.%:
PbTiO 3 - 58.25-62.25
PbZrО 3 - 19.25-20.75
PbW 1/2 Cd 1/2 O 3 - 2.0-2.50
BiTi 3/4 O 3 - 15.0-20.0
having parameters:
| d 31 | = 15 pCl / H; d 33 = 35-42 pCl / N; T to = 442-456 o C.
Указанный материал имеет хорошую температурную стабильность пьезоэлектрических характеристик в рабочем диапазоне температур (изменение пьезомодуля d33 составляет 9-17%).The specified material has good temperature stability of the piezoelectric characteristics in the operating temperature range (the change in the piezoelectric module d 33 is 9-17%).
Однако, верхняя граница рабочего диапазона температур не превышает 350oС. Кроме того, материал имеет недостаточно высокую пьезоэлектрическую активность.However, the upper limit of the operating temperature range does not exceed 350 o C. In addition, the material has a relatively low piezoelectric activity.
Заявляемое изобретение позволяет получить пьезоэлектрический керамический материал с повышенными значениями пьезоэлектрических параметров и расширенным до 400oС диапазоном рабочих температур. Заявляемый материал также имеет хорошую стабильность пьезоэлектрического параметра d33 при воздействии высоких (до 400oС) температур и одноосного сжатия до 150 МПа.The claimed invention allows to obtain a piezoelectric ceramic material with increased values of the piezoelectric parameters and expanded to 400 o With a range of operating temperatures. The inventive material also has good stability of the piezoelectric parameter d 33 when exposed to high (up to 400 o C) temperatures and uniaxial compression up to 150 MPa.
Указанный технический эффект достигается тем, что пьезокерамический материал, включающий в себя титанат висмута ВiТi3/4O3, титанат свинца РbТiO3 и цирконат свинца РbZrO3, дополнительно содержит титанат кальция СаТiO3, титанат бария ВаТiO3 и титанат стронция SrТiO3, при следующем соотношении компонентов, мол.%:
РbТiO3 - 76,0-76,5
PbZrO3 - 19,0-20,0
ВiТi3/4O3 - 1,5-2,0
СаТiO3 - 0,5-1,0
ВаТiO3 - 0,5-1,0
SrТiO3 - 0,5-1,0
Такое соотношение компонентов и наличие титанатов кальция, бария и стронция повышает пьезоэлектрическую активность (Кp=0,2; |d31| = 20 пКл/H; d33= 60 пКл/Н) и повышает температуру точки Кюри, расширяя тем самым диапазон рабочих температур до 400oС. Кроме того, материал работает в условиях одновременного воздействия одноосного сжатия до 150 МПа и высокой температуры (до 400oС).The indicated technical effect is achieved in that the piezoceramic material, which includes bismuth titanate BiTi 3/4 O 3 , lead titanate PbTiO 3 and lead zirconate PbZrO 3 , additionally contains calcium titanate CaTiO 3 , barium titanate BaTiO 3 and strontium titanate SrТiO 3 , the following ratio of components, mol.%:
PbTiO 3 - 76.0-76.5
PbZrO 3 - 19.0-20.0
ViTi 3/4 O 3 - 1.5-2.0
CaTiO 3 - 0.5-1.0
BaTiO 3 - 0.5-1.0
SrТiO 3 - 0.5-1.0
This ratio of components and the presence of calcium, barium and strontium titanates increases the piezoelectric activity (K p = 0.2; | d 31 | = 20 pC / H; d 33 = 60 pC / N) and increases the temperature of the Curie point, thereby expanding the range operating temperatures up to 400 o C. In addition, the material operates under conditions of simultaneous uniaxial compression up to 150 MPa and high temperature (up to 400 o C).
Изобретение осуществляется следующим образом. The invention is as follows.
В качестве исходных компонентов используются оксиды металлов, которые смешиваются в водной среде в течение 48 часов. После обезвоживания проводится синтез, который осуществляется в две стадии с промежуточным помолом. Температура первого синтеза 840oС, второго 870oС. Общее время выдержки 7 часов. После второго синтеза материал вновь измельчается, а затем формируется в изделие.As initial components, metal oxides are used, which are mixed in an aqueous medium for 48 hours. After dehydration, synthesis is carried out, which is carried out in two stages with intermediate grinding. The temperature of the first synthesis is 840 o C, the second 870 o C. The total exposure time is 7 hours. After the second synthesis, the material is again crushed, and then formed into a product.
Обжиг изделий проводится при температуре 1230-1260oС в течение 2-3 часов в защитной атмосфере РbO (используется свинецсодержащая засыпка). После механической обработки поверхностей образцов на них наносятся электроды.The products are fired at a temperature of 1230-1260 o C for 2-3 hours in a protective atmosphere of PbO (used lead-containing filling). After machining the surfaces of the samples, electrodes are applied to them.
Поляризация осуществляется в полиэтилсилоксановой жидкости при температуре 170oС в течение 30 минут в поле с напряженностью 4 кВ/мм. Измерение электрофизических параметров производится в соответствии с ОСТ 11 0444-87; пьезомодуль d33 определяется в квазистатическом режиме. Основные электрофизические параметры заявляемого материала и материала-прототипа приведены в таблице 1. Данные, приведенные в таблице 1, подтверждают преимущество предлагаемого пьезокерамического материала по сравнению с материалом-прототипом, а именно - повышение пьезоэлектрической активности (увеличение значений Кp, d31, d33), повышение температуры точки Кюри и, следовательно, расширение диапазона рабочих температур. Кроме того, возможно применение материала в условиях воздействия одноосного сжатия до 150 МПа.Polarization is carried out in a polyethylsiloxane liquid at a temperature of 170 o C for 30 minutes in a field with a strength of 4 kV / mm Measurement of electrical parameters is carried out in accordance with OST 11 0444-87; the piezoelectric module d 33 is determined in a quasistatic mode. The main electrophysical parameters of the claimed material and the prototype material are shown in table 1. The data shown in table 1 confirm the advantage of the proposed piezoceramic material compared with the prototype material, namely, an increase in piezoelectric activity (increase in the values of K p , d 31 , d 33 ), increasing the temperature of the Curie point and, consequently, expanding the range of operating temperatures. In addition, it is possible to use the material under conditions of uniaxial compression up to 150 MPa.
В таблице 2 приведены основные характеристики предлагаемого материала в зависимости от состава. Table 2 shows the main characteristics of the proposed material depending on the composition.
Полученные экспериментальные данные свидетельствуют о том, что пьезокерамический материал предлагаемого состава обладает оптимальными характеристиками, с точки зрения решаемой технической задачи, в интервале величин, указанном в формуле изобретения. 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 being solved, in the range of values specified in the claims.
В таблице 3 приведены экспериментальные данные, подтверждающие работоспособность материала в условиях воздействия одноосного сжатия до 150 МПа. Table 3 shows the experimental data confirming the performance of the material under the influence of uniaxial compression up to 150 MPa.
Применение изобретения перспективно при изготовлении пьезоэлементов, используемых в качестве рабочих элементов датчиков с повышенными требованиями к стабильности коэффициента преобразования при совместном воздействии высокой температуры и высокого статического давления. В частности, перспективно применение изобретения на объектах ракетно-космической техники. The application of the invention is promising in the manufacture of piezoelectric elements used as working elements of sensors with increased requirements for the stability of the conversion coefficient when combined with high temperature and high static pressure. In particular, the application of the invention at the objects of rocket and space technology is promising.
Источники информации. Sources of information.
1. ОСТ 110444-87. Материалы пьезокерамические. Технические условия. 1. OST 110444-87. Piezoceramic materials. Technical conditions
2. SU, авторское свидетельство 975681, кл. С 04 В 35/46, 1982. 2. SU, copyright certificate 975681, cl. C 04 V 35/46, 1982.
3. SU, авторское свидетельство 1073227, кл. С 04 В 35/46, 1984. 3. SU, copyright certificate 1073227, cl. C 04 V 35/46, 1984.
Claims (1)
PbTiO3 - 76,0-76,5
PbZrO3 - 19,0-20,0
BiTi3/4О3 - 1,5-2,0
СаТiO3 - 0,5-1,0
ВаТiО3 - 0,5-1,0
SrTiО3 - 0,5-1,0Piezoelectric ceramic material, including BiTi 3/4 O 3 , PbTiO 3 , PbZrO 3 , characterized in that it additionally contains CaTiO 3 , BaTiO 3 and SrTiO 3 in the following ratio of components, mol. %:
PbTiO 3 - 76.0-76.5
PbZrO 3 - 19.0-20.0
BiTi 3/4 O 3 - 1.5-2.0
CaTiO 3 - 0.5-1.0
BaTiO 3 - 0.5-1.0
SrTiO 3 - 0.5-1.0
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2000117200A RU2185351C2 (en) | 2000-06-27 | 2000-06-27 | Piezoelectric ceramic material |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2000117200A RU2185351C2 (en) | 2000-06-27 | 2000-06-27 | Piezoelectric ceramic material |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2000117200A RU2000117200A (en) | 2002-05-20 |
RU2185351C2 true RU2185351C2 (en) | 2002-07-20 |
Family
ID=20237099
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2000117200A RU2185351C2 (en) | 2000-06-27 | 2000-06-27 | Piezoelectric ceramic material |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2185351C2 (en) |
-
2000
- 2000-06-27 RU RU2000117200A patent/RU2185351C2/en not_active IP Right Cessation
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6426018B1 (en) | Piezoelectric ceramic compositions | |
JP4510966B2 (en) | Piezoelectric ceramics | |
JPH09100156A (en) | Dielectric porcelain composition | |
KR100282599B1 (en) | Piezoelectric Ceramic Composition | |
KR20060105788A (en) | Piezoelectric porcelain and method for production thereof | |
CN104844202B (en) | Lead manganous antimonate doped niobium nickel-lead zirconate titanate piezoelectric ceramic | |
JP4001362B2 (en) | Piezoelectric ceramic and manufacturing method thereof | |
US4765919A (en) | Piezoelectric ceramic materials | |
JP4140796B2 (en) | Piezoelectric ceramics | |
JP4039871B2 (en) | Piezoelectric ceramic | |
KR100434420B1 (en) | Piezoelectric ceramic composition and piezoelectric ceramic element using the same | |
RU2185351C2 (en) | Piezoelectric ceramic material | |
JP3468461B2 (en) | Piezoelectric ceramic composition | |
US3528918A (en) | Piezoelectric ceramic compositions | |
US3640866A (en) | Piezoelectric ceramic compositions | |
JP4432280B2 (en) | Piezoelectric ceramic | |
JP2003206179A (en) | Piezoelectric ceramic | |
JP3210782B2 (en) | Piezoelectric ceramic composition for actuator | |
JP4001363B2 (en) | Piezoelectric ceramic | |
CN1286475A (en) | Piezoelectric ceramics composition and piezoelectric device using same | |
JPH11100265A (en) | Piezoelectric ceramic composition | |
US3519567A (en) | Piezoelectric ceramics | |
US3518198A (en) | Piezoelectric ceramics | |
JP3166461B2 (en) | Piezoelectric porcelain | |
JPH0745882A (en) | Piezoelectric element |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20100628 |