RU2498960C2 - Piezoelectric ceramic material - Google Patents
Piezoelectric ceramic material Download PDFInfo
- Publication number
- RU2498960C2 RU2498960C2 RU2011145121/03A RU2011145121A RU2498960C2 RU 2498960 C2 RU2498960 C2 RU 2498960C2 RU 2011145121/03 A RU2011145121/03 A RU 2011145121/03A RU 2011145121 A RU2011145121 A RU 2011145121A RU 2498960 C2 RU2498960 C2 RU 2498960C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- piezoelectric ceramic
- ceramic material
- cdo
- frequency
- samples
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к пьезоэлектрическим керамическим материалам на основе ниобата натрия и может быть использован для создания низкочастотных приемных устройств - гидрофонов, микрофонов, сейсмоприемников, а также для создания низкочастотных электромеханических преобразователей, возбуждающих металлические резонаторы с высокой скоростью звука. Для указанных применений материал должен обладать высокими значениями относительной диэлектрической проницаемости,
Известен пьезоэлектрический керамический материал на основе ниобата натрия, включающий Na2O, Li2O, Nb2O5, PbO, TiO2, ZrO2. Материал имеет
Известен пьезоэлектрический керамический материал на основе ниобата натрия, включающий Na2O, Li2O, Nb2O5, CdO. Материал имеет
Известен пьезоэлектрический керамический материал на основе ниобата натрия, включающий Na2O, Li2O, Nb2O5, PbO. Материал имеет
Наиболее близким заявляемому материалу по технической сущности и достигаемому результату является пьезоэлектрический керамический материал на основе ниобата натрия, включающий Na2O, Li2O, Nb2O5, Sb2O5. Материал имеет
Задачей изобретения является повышение Qm (до значений >1000) при сохранении высоких значений
Указанный результат достигается тем, что пьезоэлектрический керамический материал на основе ниобата натрия, включающий Na2O, Nb2O5, дополнительно содержит K2O и CdO при следующем соотношении компонентов, в масс.%:This result is achieved in that the piezoelectric ceramic material based on sodium niobate, including Na 2 O, Nb 2 O 5 , additionally contains K 2 O and CdO in the following ratio of components, in wt.%:
Состав материала отвечает формуле (NaaKbCdc)NbO3, гдеThe composition of the material corresponds to the formula (Na a K b Cd c ) NbO 3 , where
a=(0.5÷0.55 мол.%), b=(0.2 мол.%), c=(0.125÷0.15 мол.%). a = (0.5 ÷ 0.55 mol%), b = (0.2 mol%), c = (0.125 ÷ 0.15 mol%).
a+b+2c=100%. a + b + 2c = 100%.
1. Пример 1 изготовления пьезоэлектрического керамического материала (здесь и далее нумерация примеров соответствует таблице1).1. Example 1 of the manufacture of a piezoelectric ceramic material (hereinafter, the numbering of examples corresponds to table1).
Материал изготавливался по обычной керамической технологии следующим образом. В качестве исходных реагентов использовались гидрокарбонаты, карбонаты и оксиды следующих квалификаций: NaHCO3 - «чда», KHCO3 - «ч», Nb2O5 - «NbO-РТ», CdO - «хч».The material was manufactured by conventional ceramic technology as follows. Hydrocarbonates, carbonates and oxides of the following qualifications were used as initial reagents: NaHCO 3 - “chda”, KHCO 3 - “h”, Nb 2 O 5 - “NbO-PT”, CdO - “hch”.
Синтез осуществлялся путем однократного обжига смесей сырьевых компонентов: NaHCO3, KHCO3, Nb2O5, CdO, взятых в количествах (масс %, в случае NaHCO3, KHCO3 в пересчете на соответствующие оксиды): Na2O=6.82, K2O=5.22, Nb2O5=73.63, CdO=14.33; с промежуточным помолом синтезированного продукта. Температуры обжига при синтезе Тсинт.1=1220 K, Тсинт.2=1240 K, длительности изотермических выдержек τсинт.1=5 ч, τсинт.2=10 ч. Спекание образцов в виде столбиков ⌀12 мм, высотой 15÷18 мм осуществлялось при Тсп.=1460 K, длительность изотермической выдержки τсп=1.5 ч. Металлизация (нанесение электродов) производилась путем нанесения на плоские поверхности предварительно сошлифованных до толщины 1 мм образцов серебросодержащей пасты и последующего ее вжигания при температуре Твжиг.=1070 K в течение 0.5 ч. Образцы поляризовали в полиэтиленсилоксановой жидкости при температуре 420 K в течение 15 мин. в постоянном электрическом поле напряженностью 3.6 кВ/см.The synthesis was carried out by a single firing of mixtures of raw components: NaHCO 3 , KHCO 3 , Nb 2 O 5 , CdO, taken in quantities (mass%, in the case of NaHCO 3 , KHCO 3 in terms of the corresponding oxides): Na 2 O = 6.82, K 2 O = 5.22, Nb 2 O 5 = 73.63, CdO = 14.33; with intermediate grinding of the synthesized product. The firing temperatures in the synthesis of
2. Пример 4 изготовления пьезоэлектрического керамического материала.2. Example 4 of the manufacture of a piezoelectric ceramic material.
Материал изготавливался по обычной керамической технологии следующим образом. В качестве исходных реагентов использовались гидрокарбонаты, карбонаты и оксиды следующих квалификаций: NaHCO3 -«чда», KHCO3 - «ч», Nb2O5 - «NbO-РТ», CdO - «хч».The material was manufactured by conventional ceramic technology as follows. Hydrocarbonates, carbonates and oxides of the following qualifications were used as initial reagents: NaHCO 3 - “chda”, KHCO 3 - “h”, Nb 2 O 5 - “NbO-PT”, CdO - “hch”.
Синтез осуществлялся путем однократного обжига смесей сырьевых компонентов: NaHCO3, KHCO3, Nb2O5, CdO, взятых в количествах (масс %, в случае NaHCO3, KHCO3 в пересчете на соответствующие оксиды): Na2O=9.23, K2O=5.34, Nb2O5=75.42, CdO=10.01; с промежуточным помолом синтезированного продукта. Температуры обжига при синтезе Тсинт.1=1220 K, Тсинт.2=1240 K, длительности изотермических выдержек τсинт.1=5 ч, τсинт.2=10 ч. Спекание образцов в виде столбиков ⌀12 мм, высотой 15÷18 мм осуществлялось при Тсп.=1460 K, длительность изотермической выдержки τсп=1.5 ч. Металлизация (нанесение электродов) производилась путем нанесения на плоские поверхности предварительно сошлифованных до толщины 1 мм образцов серебросодержащей пасты и последующего ее вжигания при температуре Твжиг.=1070 K в течение 0.5 ч. Образцы поляризовали в полиэтиленсилоксановой жидкости при температуре 420 K в течение 15 мин. в постоянном электрическом поле напряженностью 3.0 кВ/см.The synthesis was carried out by a single firing of mixtures of raw components: NaHCO 3 , KHCO 3 , Nb 2 O 5 , CdO, taken in quantities (mass%, in the case of NaHCO 3 , KHCO 3 in terms of the corresponding oxides): Na 2 O = 9.23, K 2 O = 5.34, Nb 2 O 5 = 75.42, CdO = 10.01; with intermediate grinding of the synthesized product. The firing temperatures in the synthesis of
3. Пример 7 изготовления пьезоэлектрического керамического материала.3. Example 7 of the manufacture of a piezoelectric ceramic material.
Материал изготавливался по обычной керамической технологии следующим образом. В качестве исходных реагентов использовались гидрокарбонаты, карбонаты и оксиды следующих квалификаций: NaHCO3 - «чда», KHCO3 - «ч», Nb2O5 - «NbO-РТ», CdO - «хч».The material was manufactured by conventional ceramic technology as follows. Hydrocarbonates, carbonates and oxides of the following qualifications were used as initial reagents: NaHCO 3 - “chda”, KHCO 3 - “h”, Nb 2 O 5 - “NbO-PT”, CdO - “hch”.
Синтез осуществлялся путем однократного обжига смесей сырьевых компонентов: NaHCO3, KHCO3, Nb2O5, CdO, взятых в количествах (масс %, в случае NaHCO3, KHCO3 в пересчете на соответствующие оксиды): Na2O=11.65, K2O=5.48, Nb2O5=77.18, CdO=5.69; с промежуточным помолом синтезированного продукта. Температуры обжига при синтезе Тсинт.1=1220 K, Тсинт.2=1240 K, длительности изотермических выдержек τсинт.1=5 ч, τсинт.2=10 ч. Спекание образцов в виде столбиков ⌀12 мм, высотой 15÷18 мм осуществлялось при Тсп.=1410 K, длительность изотермической выдержки τсп=1.5 ч. Металлизация (нанесение электродов) производилась путем нанесения на плоские поверхности предварительно сошлифованных до толщины 1 мм образцов серебросодержащей пасты и последующего ее вжигания при температуре Твжиг.=1070 K в течение 0.5 ч. Образцы поляризовали в полиэтиленсилоксановой жидкости при температуре 420 K в течение 15 мин. в постоянном электрическом поле напряженностью 3.5 кВ/см.The synthesis was carried out by a single firing of mixtures of raw components: NaHCO 3 , KHCO 3 , Nb 2 O 5 , CdO, taken in quantities (mass%, in the case of NaHCO 3 , KHCO 3 in terms of the corresponding oxides): Na 2 O = 11.65, K 2 O = 5.48, Nb 2 O 5 = 77.18, CdO = 5.69; with intermediate grinding of the synthesized product. The firing temperatures in the synthesis of
Электрофизические характеристики определяли в соответствии с ОСТ 11.0444-87. Измерялись относительные диэлектрические проницаемости поляризованных образцов,
На фиг.1, где изображена таблица 1, приведены основные характеристики материала в зависимости от состава, а на фиг.2, где изображена таблица 2, приведены основные электрофизические характеристики оптимальных составов предлагаемого материала.Figure 1, where table 1 is shown, shows the main characteristics of the material depending on the composition, and figure 2, which shows table 2, shows the main electrophysical characteristics of the optimal compositions of the proposed material.
Полученных экспериментальные данные (фиг.1, табл.1, примеры №№3-5) свидетельствуют о том, что пьезоэлектрический керамический материал предлагаемого состава обладает оптимальными, с точки зрения решаемой технической задачи, характеристиками в указанном интервале величин концентраций.The obtained experimental data (Fig. 1, Table 1, examples No. 3-5) show that the piezoelectric ceramic material of the proposed composition has optimal, from the point of view of the technical problem being solved, characteristics in the indicated range of concentration values.
Таким образом, положительный эффект предлагаемого материала обусловлен его качественным и количественным составом, что подтверждают также примеры №№1, 2, 6, 7, демонстрирующие ухудшение свойств за пределами предлагаемой области концентраций компонентов. Нарушение этих пределов приводит, как видно из табл.1 (фиг.1), к снижению Qm,
Предлагаемый пьезоэлектрический керамический материал получают по обычной керамической технологии без использования дорогостоящего метода горячего прессования (как в прототипе). Это значительно упрощает и удешевляет технологический процесс.The proposed piezoelectric ceramic material is obtained by conventional ceramic technology without the use of an expensive method of hot pressing (as in the prototype). This greatly simplifies and reduces the cost of the process.
Данные, приведенные на фиг.1, 2 (табл.1, 2), подтверждают преимущества пьезоэлектрического керамического материала по сравнению с материалом-прототипом, а именно, повышение Qm (в полтора раза) до значений 1000÷1060 при сохранении высоких
Высокое значение относительной диэлектрической проницаемости
При условии согласования преобразователя с нагрузкой (Ri=Rн) (обычно реализуемое в выпускаемой промышленностью радиоэлектронной аппаратуре выходное сопротивление Rн~50 Ом для высоких и средних частот и 1000 Ом для низких частот), используя формулу для емкостного сопротивления преобразователя: Ri=1/ωC, где Ri - емкостное сопротивление преобразователя, Ом; ω - круговая частота, Гц; C - емкость, Ф, можно приблизительно оценить интервалы значений емкости C=1/2πfRi для указанных диапазонов частот, а, следовательно, и относительной диэлектрической проницаемости поляризованных элементов,
На фиг 3-5 (табл.3-5) приведены значения относительной диэлектрической проницаемости
Таким образом, при повышенных частотах необходимы достаточно высокие значения емкости (относительной диэлектрической проницаемости) для снижения сопротивления преобразователя, что улучшает его согласование с нагрузкой. Высокие значения
Из вышеуказанного следует, что технический результат изобретения достигается новой совокупностью существенных признаков, как вновь введенных, так и известных, следовательно, заявляемый пьезоэлектрический керамический материал соответствует критерию патентоспособности «изобретательский уровень».From the above it follows that the technical result of the invention is achieved by a new set of essential features, both newly introduced and known, therefore, the inventive piezoelectric ceramic material meets the patentability criterion of "inventive step".
Предлагаемый пьезоэлектрический керамический материал обеспечивает результат, не вызывает затруднений при изготовлении, предлагает использование основных (доступных и дешевых) материалов (реактивов) и стандартного оборудования, соответствующего промышленному методу обычной керамической технологии (без использования дорогостоящего, затратного метода горячего прессования (К. Окадзаки. Технология керамических диэлектриков. / Пер. с яп. М.: Энергия. 1976. 336 с.)), что свидетельствует о соответствии заявляемого технического решения критерию патентоспособности «промышленная применимость».The proposed piezoelectric ceramic material provides the result, does not cause difficulties in manufacturing, offers the use of basic (affordable and cheap) materials (reagents) and standard equipment that corresponds to the industrial method of conventional ceramic technology (without using the expensive, expensive method of hot pressing (K. Okazaki. Technology ceramic dielectrics. / Transl. from Japanese. M .: Energy. 1976. 336 p.)), which indicates the conformity of the claimed technical solution to the criterion identity "industrial applicability".
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011145121/03A RU2498960C2 (en) | 2011-11-09 | 2011-11-09 | Piezoelectric ceramic material |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011145121/03A RU2498960C2 (en) | 2011-11-09 | 2011-11-09 | Piezoelectric ceramic material |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2011145121A RU2011145121A (en) | 2013-05-20 |
RU2498960C2 true RU2498960C2 (en) | 2013-11-20 |
Family
ID=48788754
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2011145121/03A RU2498960C2 (en) | 2011-11-09 | 2011-11-09 | Piezoelectric ceramic material |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2498960C2 (en) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2548278C1 (en) * | 2014-02-04 | 2015-04-20 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "ЮЖНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ" | Piezoelectric ceramic material |
RU2588242C1 (en) * | 2015-04-13 | 2016-06-27 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки "Институт химии твердого тела Уральского Отделения Российской Академии наук" | Method for production of dielectric material based on cadmium niobate |
RU2681759C1 (en) * | 2017-12-11 | 2019-03-12 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский политехнический университет" (Московский Политех) | Method of preparation of mixture for piezoelectric ceramic materials |
RU2751323C1 (en) * | 2020-10-21 | 2021-07-13 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Южный федеральный университет" | Low frequency sodium niobate piezoelectric ceramic material |
RU2751324C1 (en) * | 2020-10-21 | 2021-07-13 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Южный федеральный университет» | High-frequency piezoelectric ceramic material based on sodium niobate |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU619470A1 (en) * | 1976-11-18 | 1978-08-15 | Ростовский Ордена Трудового Красного Знамени Государственный Университет | Piezoelectric ceramic material |
SU1294791A1 (en) * | 1985-10-14 | 1987-03-07 | Ростовский государственный университет им.М.А.Суслова | Piezoelectric ceramic material |
EP1630149A1 (en) * | 2003-05-29 | 2006-03-01 | Ngk Spark Plug Co., Ltd. | Piezoelectric ceramic composition and piezoelectric element including the same |
KR100790407B1 (en) * | 2006-10-12 | 2008-01-02 | 한국전기연구원 | Composition of lead-free piezoelectric ceramics and method for manufacturing the same |
RU2360890C2 (en) * | 2006-06-05 | 2009-07-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Вектор 06" (ООО "Вектор 06") | Pyroelectric ceramic material |
-
2011
- 2011-11-09 RU RU2011145121/03A patent/RU2498960C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU619470A1 (en) * | 1976-11-18 | 1978-08-15 | Ростовский Ордена Трудового Красного Знамени Государственный Университет | Piezoelectric ceramic material |
SU1294791A1 (en) * | 1985-10-14 | 1987-03-07 | Ростовский государственный университет им.М.А.Суслова | Piezoelectric ceramic material |
EP1630149A1 (en) * | 2003-05-29 | 2006-03-01 | Ngk Spark Plug Co., Ltd. | Piezoelectric ceramic composition and piezoelectric element including the same |
RU2360890C2 (en) * | 2006-06-05 | 2009-07-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Вектор 06" (ООО "Вектор 06") | Pyroelectric ceramic material |
KR100790407B1 (en) * | 2006-10-12 | 2008-01-02 | 한국전기연구원 | Composition of lead-free piezoelectric ceramics and method for manufacturing the same |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2548278C1 (en) * | 2014-02-04 | 2015-04-20 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "ЮЖНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ" | Piezoelectric ceramic material |
RU2588242C1 (en) * | 2015-04-13 | 2016-06-27 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки "Институт химии твердого тела Уральского Отделения Российской Академии наук" | Method for production of dielectric material based on cadmium niobate |
RU2681759C1 (en) * | 2017-12-11 | 2019-03-12 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский политехнический университет" (Московский Политех) | Method of preparation of mixture for piezoelectric ceramic materials |
RU2751323C1 (en) * | 2020-10-21 | 2021-07-13 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Южный федеральный университет" | Low frequency sodium niobate piezoelectric ceramic material |
RU2751324C1 (en) * | 2020-10-21 | 2021-07-13 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Южный федеральный университет» | High-frequency piezoelectric ceramic material based on sodium niobate |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2011145121A (en) | 2013-05-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP2024029118A (en) | Bulk ultrasound (BAW) resonator | |
RU2498960C2 (en) | Piezoelectric ceramic material | |
CN1507152A (en) | Piezoelectric resonance wave filter and duplexer | |
RU2498959C2 (en) | Piezoelectric ceramic material | |
CN111490748A (en) | Film bulk acoustic resonator | |
JPS6340491B2 (en) | ||
CN1338821A (en) | Surface wave device | |
Bowen et al. | Piezoelectric properties of internally electroded PZT multilayers | |
RU2498961C2 (en) | Piezoelectric ceramic material | |
GB2350478A (en) | Piezoelectric device | |
JP3803207B2 (en) | Piezoelectric ceramic composition and piezoelectric transformer | |
Chen et al. | The piezoelectric and dielectric properties of Ca-additive Sm-modified PbTiO3 ceramics intended for surface acoustic wave devices | |
EP0034342B1 (en) | Piezoelectric oxide material | |
JPS61154211A (en) | Ceramic resonator | |
RU2358953C2 (en) | Piezoelectric ceramic material | |
RU2764404C1 (en) | High-frequency piezoelectric ceramic material based on lead titanate-zirconate | |
RU2542012C1 (en) | Piezoelectric ceramic material | |
JPS63187907A (en) | Piezo-resonator | |
JPS6098711A (en) | Thickness-shear vibrator | |
Chu et al. | The influence of Cd doping on the surface acoustic wave properties of Sm-modified PbTiO3 ceramics | |
JPS6132837B2 (en) | ||
RU2542008C1 (en) | Piezoelectric ceramic material | |
JP6357180B2 (en) | Porcelain composition, piezoelectric element, vibrator, and method for manufacturing piezoelectric element | |
RU2751324C1 (en) | High-frequency piezoelectric ceramic material based on sodium niobate | |
Chu et al. | Strontium doping effects on the characteristics of Sm-modified PbTiO3 ceramics |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20171110 |