RU2580116C1 - Пьезоэлектрический керамический материал - Google Patents
Пьезоэлектрический керамический материал Download PDFInfo
- Publication number
- RU2580116C1 RU2580116C1 RU2014149868/03A RU2014149868A RU2580116C1 RU 2580116 C1 RU2580116 C1 RU 2580116C1 RU 2014149868/03 A RU2014149868/03 A RU 2014149868/03A RU 2014149868 A RU2014149868 A RU 2014149868A RU 2580116 C1 RU2580116 C1 RU 2580116C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- piezoelectric ceramic
- ceramic material
- tio
- mgo
- values
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
Abstract
Изобретение относится к пьезоэлектрическим керамическим материалам на основе титаната свинца. Технический результат изобретения заключается в повышении значений относительной диэлектрической проницаемости
при сохранении высоких значений пьезомодуля |d31|=131-156 пКл/Н и коэффициента электромеханической связи планарной моды колебаний Kp=0.19-0.24. Пьезоэлектрический керамический материал на основе титаната свинца содержит, мас.%: PbO 65.61-65.92, Nb2O5 19.28-20.56, TiO2 6.19-7.46, ВаО 2.37-2.38, MgO 0.61-0.68, NiO 3.46-3.64, ZnO 0.89-0.95. 2 табл., 1 ил.
Description
Изобретение относится к пьезоэлектрическим керамическим материалам на основе титаната свинца и может быть использовано в многорежимных перестраиваемых пьезоэлектрических устройствах, например адаптивных системах фокусировки изображения.
Для указанных применений пьезоэлектрический керамический материал должен иметь высокие значения относительной диэлектрической проницаемости,
, более 13000 при достаточно высоких значениях пьезомодуля, |d31|, более 100 пКл/Н и коэффициента электромеханической связи планарной моды колебаний, Kp, более 0.15.
Известен пьезоэлектрический керамический материал на основе титаната свинца, включающий оксиды PbO, ZrO2, TiO2, MgO, Nb2O5, NiO и Ta2O3, состав которого отвечает химической формуле: aPb(Mg1/3Nb2/3)O3-bPb(Ni1/3Ta2/3)O3-cPbTiO3-dPbZrO3, где 10≤a+b≤55, 30≤с≤50, 2.5≤d≤60, 0.01≤b/a≤2.0, a+b+c+d=100. Материал для лучших составов имеет
, |d31|=277.5 пКл/Н [1].
Для указанных применений материал имеет недостаточно высокие значения относительной диэлектрической проницаемости
.
Известен пьезоэлектрический керамический материал на основе титаната свинца, включающий оксиды PbO, TiO2, ZrO2, Nb2O5, MgO, с добавками Sr, Ва, Са, La, Pr, Nd, Zn, Sn и Bi, состав которого отвечает химической формуле: aPb(Mg1/3Nb2/3)O3-bPb(Ni1/3Sb2/3)O3-cPbTiO3-dPbZrO3, где 10<a+b≤55, 0.5≤b≤10, 30≤с≤50, 2.5≤d≤60, a+b+c+d=100. Материал для лучших составов имеет
, |d31|=229.4 пКл/Н [2].
Для указанных применений материал также имеет недостаточно высокие значения
. Кроме того, материал в своем составе содержит дорогостоящие редкоземельные компоненты празеодим Pr и неодим Nd, что значительно увеличивает себестоимость продукции.
Известен пьезоэлектрический керамический материал на основе титаната свинца, включающий оксиды PbO, ZrO2, TiO2, MgO, Nb2O5, NiO и Та2О5, состав которого отвечает химической формуле: aPb(Mg1/3Nb2/3)O3-bPb(Ni1/3Ta2/3)O3-cPbTiO3-dPbZrO3, где 10≤a+b≤55, 30≤с≤50, 2.5≤d≤60, 0.01≤b/a≤2.0, a+b+c+d=100, в котором часть Pb(0-10) ат.%) замещена Sr и/или Са. Материал для лучших составов имеет
, |d31|=310.2 пКл/Н [3].
Наиболее близким к заявляемому материалу по технической сущности и достигаемому результату является пьезоэлектрический керамический материал на основе титаната свинца, включающий оксиды PbO, Nb2O5, TiO2, BaO, ZnO, MgO, NiO [4], принимаемый за прототип настоящего изобретения.
Известный состав отвечает химической формуле a(Pb0.95Ba0.05)TiO3+b(Pb0.95Ba0.05)Nb2/3Mg1/3O3+c(Pb0.95Ba0.05)Nb2/3Ni1/3O3+d(Pb0.95B a0.05)Nb2/3Zn1/3O3, где а=28.750-31.250 (в мол.%), b=44.545-46.270 (в мол.%), с=14.560-14.980 (в мол.%), d=9.645-10.000 (в мол.%), a+b+c+d=100%. Материал имеет для лучших составов
, |d31|=335 пКл/Н, Кр=0.62.
Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение значений относительной диэлектрической проницаемости
до 13000-16000 при сохранении достаточно высоких значений пьезомодуля |d31|, более 100 пКл/Н и коэффициента электромеханической связи планарной моды колебаний, Kp, более 0.15.
Указанный технический результат достигается тем, что пьезоэлектрический керамический материал на основе титаната свинца, содержащий PbO, Nb2O5, TiO2, BaO, ZnO, MgO, и NiO, согласно изобретению он содержит указанные компоненты в следующих соотношениях, (в мас.%):
PbO 65.61-65.92 | MgO 0.61-0.68 |
Nb2O5 19.28-20.56 | NiO 3.46-3.64 |
TiO2 6.19-7.46 | ZnO 0.89-0.95 |
BaO 2.37-2.38 |
Состав материала отвечает формуле:
a(Pb0.95Ba0.05)TiO3+b(Pb0.95Ba0.05)Nb2/3Mg1/3O3+c(Pb0.95Ba0.05)Nb2/3Ni1/3O3+d(Pb0.95Ba0.05)Nb2/3Zn1/3O3, где a=25.00-30.00 (в мол.%), b=15.14-16.44 (в мол.%), с=44.31-47.26 (в мол.%), d=10.55-11.30 (в мол.%), a+b+c+d=100%.
Выбранное соотношение компонентов материала соответствует твердому раствору с явно выраженными свойствами сегнетоэлектрика-релаксора, у которых при повышении частоты измерительного электрического поля наблюдается смещение и размытие максимума относительной диэлектрической проницаемости в сторону высоких температур. Авторами обнаружено, что структура заявляемого материала имеет кубическую и псевдокубическую со слабыми искажениями кристаллической решетки симметрию в зависимости от состава, что способствует формированию высоких значений
. Кроме того, повышению
способствует свойственное сегнетоэлектрикам-релаксорам отсутствие классической доменной структуры. Как известно, сегнетоэлектрики-релаксоры характеризуются наличием полярных нанообластей, расположенных в неполярной (кубической) матрице. Наличие полярных нанообластей и их упорядочение объясняет высокие значения диэлектрических и пьезоэлектрических параметров.
На фигуре приведена температурная зависимость относительной диэлектрической проницаемости
в диапазоне частот измерительного электрического поля 100 Гц - 1 МГц заявляемого материала, полученная на измерительном стенде Agilent Е4980 (США).
В табл. 1 приведены значения электрофизических параметров заявляемого пьезоэлектрического керамического материала в зависимости от состава.
В табл. 2 приведены сравнительные электрофизические параметры прототипа и оптимального состава заявляемого пьезоэлектрического керамического материала.
Пьезоэлектрический керамический материал изготавливается по обычной керамической технологии следующим образом. Синтез осуществляется путем двухкратных обжигов смесей, мас.%: PbO 65.61-65.92, Nb2O5 19.28-20.56, TiO2 6.19-7.46, ВаО 2.37-2.38, MgO 0.61-0.68, NiO 3.46-3.64, ZnO 0.89-0.95 с промежуточным помолом синтезированного продукта. В качестве исходных реагентов использовались оксиды следующих квалификаций: PbO, TiO2 - «ч»; ВаО, NiO, MgO, ZnO - «ч.д.а.», Nb2O5 - «Нбо-Пт». Температуры обжигов Тсинт.1=1173 К, Тсинт.2=1223-1243 К, длительности изотермических выдержек τ1=τ2=4 ч. Спекание образцов в виде столбиков ⌀12 мм, высотой 15-18 мм осуществляется при Тсп.=1473-1493 К, длительность изотермической выдержки τ=2 ч. Металлизация (нанесение электродов) производится путем нанесения на плоские поверхности предварительно сошлифованных до толщины 1 мм образцов серебросодержащей пасты и последующего ее вжигания при температуре Твжиг.=1070 К в течение 0.5 ч. Образцы поляризуют в полиэтиленсилоксановой жидкости при температуре 410 K в течение 40 мин в постоянном электрическом поле напряженностью 3 кВ/см.
В соответствии с ОСТ 11.0444-87 определяли электрофизические характеристики: относительные диэлектрические проницаемости поляризованных
образцов, прямой пьезомодуль (|d31|), коэффициент электромеханической связи планарной моды колебаний (Kp).
Полученные экспериментальные данные (табл. 1, примеры 2-4) свидетельствуют о том, что пьезоэлектрический керамический материал предлагаемого состава обладает совокупностью электрофизических параметров, отвечающих задаче изобретения: повышенным значением относительной диэлектрической проницаемости
при сохранении достаточно высоких значений пьезомодуля (|d31|=131-156 пКл/Н) и коэффициента электромеханической связи планарной моды колебаний (Kp=0.19-0.24). Выход за пределы заявленных концентраций компонентов приводит к значительному снижению целевых параметров, в частности относительной диэлектрической проницаемости
.
Данные, приведенные в табл. 2, подтверждают преимущества предлагаемого пьезоэлектрического керамического материала по сравнению с материалом-прототипом, а именно повышение
до значения ~ 16610, при сохранении достаточно высоких |d31| (135) и Kp (0.19) (в лучшем составе - пример №3 табл. 1).
Эффект повышения электрофизических параметров достигается соотношением компонентов PbO, Nb2O5, TiO2, ВаО, ZnO, MgO и NiO, позволяющим получить твердый раствор с выраженными свойствами сегнетоэлектрика-релаксора. Как следует из графика (см. чертеж), заявляемый материал характеризуется сдвигом температуры максимума относительной диэлектрической проницаемости в сторону высоких температур при увеличении частоты измерительного электрического поля, что свидетельствует о том, что состав является сегнетоэлектриком-релаксором. Снижение содержания титаната свинца и повышение содержания никель ниобата свинца по сравнению с прототипом приводит к появлению свойств сегнетоэлектрика-релаксора в заявляемом материале.
Высокие значения
определяют основное его назначение - использование в многорежимных перестраиваемых устройствах. Кроме того, высокие значения
позволяют применять элементы на основе предлагаемого материала в устройствах гидроакустики, работающих на прием слабых сигналов. При этом высокие значения
позволяют исключать различного рода предусилители в схеме работы целевого устройства за счет снижения потерь электрического сигнала.
Источники информации
1. JPH 0340964 A, МПК C04B 35/49, 35/00, H01B 3/12, H01L 41/187, дата публикации 21.02.1991.
2. JPH 0350156 A, МПК C04B 35/49, 35/00, H01B 3/12, H01L 41/187, дата публикации 4.03.1991.
3. JPH 03122050 A, МПК C04B 35/49, 35/00, H01L 41/187, дата публикации 24.05.1991.
4. RU 2440955 C2, МПК C04B 35/499, H01L 41/187, дата публикации 27.01.2012 - прототип.
Claims (1)
- Пьезоэлектрический керамический материал на основе титаната свинца, включающий PbO, Nb2O5, TiO2, BaO, ZnO, MgO и NiO, отличающийся тем, что он содержит указанные компоненты в следующих количествах, мас.%: PbO 65.61-65.92; Nb2O5 19.28-20.56; TiO2 6.19-7.46; BaO 2.37-2.38; MgO 0.61-0.68; NiO 3.46-3.64; ZnO 0.89-0.95.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014149868/03A RU2580116C1 (ru) | 2014-12-11 | 2014-12-11 | Пьезоэлектрический керамический материал |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014149868/03A RU2580116C1 (ru) | 2014-12-11 | 2014-12-11 | Пьезоэлектрический керамический материал |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2580116C1 true RU2580116C1 (ru) | 2016-04-10 |
Family
ID=55793885
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2014149868/03A RU2580116C1 (ru) | 2014-12-11 | 2014-12-11 | Пьезоэлектрический керамический материал |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2580116C1 (ru) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20070080317A1 (en) * | 2005-10-04 | 2007-04-12 | Tdk Corporation | Piezoelectric ceramic composition and laminated piezoelectric element |
RU2440955C2 (ru) * | 2010-03-10 | 2012-01-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Норма" (ООО "Норма") | Пьезоэлектрический керамический материал |
US20120091861A1 (en) * | 2010-10-13 | 2012-04-19 | Korean University Industrial & Academic Collaboration Foundation | Ceramic composition for piezoelectric actuator and piezoelectric actuator comprising the same |
RU2498958C1 (ru) * | 2012-06-08 | 2013-11-20 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "ЮЖНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ" | Пьезоэлектрический керамический материал |
-
2014
- 2014-12-11 RU RU2014149868/03A patent/RU2580116C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20070080317A1 (en) * | 2005-10-04 | 2007-04-12 | Tdk Corporation | Piezoelectric ceramic composition and laminated piezoelectric element |
RU2440955C2 (ru) * | 2010-03-10 | 2012-01-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Норма" (ООО "Норма") | Пьезоэлектрический керамический материал |
US20120091861A1 (en) * | 2010-10-13 | 2012-04-19 | Korean University Industrial & Academic Collaboration Foundation | Ceramic composition for piezoelectric actuator and piezoelectric actuator comprising the same |
RU2498958C1 (ru) * | 2012-06-08 | 2013-11-20 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "ЮЖНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ" | Пьезоэлектрический керамический материал |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR100282598B1 (ko) | 압전 세라믹 조성물 | |
CN103172374B (zh) | 压电陶瓷和压电元件 | |
US9935256B2 (en) | Piezoelectric composition, piezoelectric element and sputtering target | |
JP3244027B2 (ja) | 圧電磁器組成物 | |
JP2014224038A (ja) | 圧電セラミックス及びこれを用いた圧電デバイス | |
JP2009221096A (ja) | 圧電/電歪磁器組成物 | |
JPWO2006027892A1 (ja) | 圧電磁器及び圧電セラミック素子 | |
Tsai et al. | The phase structure, electrical properties, and correlated characterizations of (Mn, Sb) co-tuned PZMnNS–PZT ceramics with relaxation behavior near the morphotropic phase boundary | |
RU2580116C1 (ru) | Пьезоэлектрический керамический материал | |
JP2000272962A (ja) | 圧電体磁器組成物 | |
JPH0566896B2 (ru) | ||
KR101306472B1 (ko) | 무연 압전 세라믹 조성물 | |
Yoo et al. | Physical properties of PNN-PMN-PZT doped with zinc oxide and CLBO for ultrasonic transducer | |
RU2571465C1 (ru) | Бессвинцовый пьезоэлектрический керамический материал | |
JP2008056549A (ja) | 無鉛圧電磁器組成物 | |
KR102645933B1 (ko) | 무연 압전 세라믹 조성물 및 무연 압전 세라믹 제조 방법 | |
RU2551156C1 (ru) | Пьезоэлектрический керамический материал | |
RU2542009C1 (ru) | Пьезоэлектрический керамический материал | |
RU2290383C1 (ru) | Состав для получения электрострикционного керамического материала | |
RU2691424C1 (ru) | Пьезокерамический материал | |
RU2542004C1 (ru) | Пьезоэлектрический керамический материал | |
JPS5938753B2 (ja) | 圧電磁器組成物 | |
JP6076058B2 (ja) | 圧電材料、および圧電材料の製造方法 | |
JP5933335B2 (ja) | 圧電材料、および圧電材料の製造方法 | |
DE10025575A1 (de) | Piezoelektrische Keramikzusammensetzung und dieselbe verwendendes piezoelektrisches Keramikelement |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20191212 |