RU2681759C1 - Method of preparation of mixture for piezoelectric ceramic materials - Google Patents

Method of preparation of mixture for piezoelectric ceramic materials Download PDF

Info

Publication number
RU2681759C1
RU2681759C1 RU2017143196A RU2017143196A RU2681759C1 RU 2681759 C1 RU2681759 C1 RU 2681759C1 RU 2017143196 A RU2017143196 A RU 2017143196A RU 2017143196 A RU2017143196 A RU 2017143196A RU 2681759 C1 RU2681759 C1 RU 2681759C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
mixture
carbonate
niobium oxide
knaco
evaporation
Prior art date
Application number
RU2017143196A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Сергей Григорьевич Пономарев
Александр Владимирович Резниченко
Вадим Павлович Тарасовский
Ольга Леонидовна Сидорцова
Виктор Викторович Рыбальченко
Александр Александрович Васин
Михаил Николаевич Кормилицин
Original Assignee
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский политехнический университет" (Московский Политех)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский политехнический университет" (Московский Политех) filed Critical федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский политехнический университет" (Московский Политех)
Priority to RU2017143196A priority Critical patent/RU2681759C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2681759C1 publication Critical patent/RU2681759C1/en

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/01Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
    • C04B35/495Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on vanadium, niobium, tantalum, molybdenum or tungsten oxides or solid solutions thereof with other oxides, e.g. vanadates, niobates, tantalates, molybdates or tungstates
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01GCOMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
    • C01G33/00Compounds of niobium
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/626Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
    • C04B35/62605Treating the starting powders individually or as mixtures
    • C04B35/62625Wet mixtures
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/626Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
    • C04B35/62605Treating the starting powders individually or as mixtures
    • C04B35/62645Thermal treatment of powders or mixtures thereof other than sintering
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/626Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
    • C04B35/628Coating the powders or the macroscopic reinforcing agents
    • C04B35/62802Powder coating materials
    • C04B35/62805Oxide ceramics
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/626Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
    • C04B35/628Coating the powders or the macroscopic reinforcing agents
    • C04B35/62802Powder coating materials
    • C04B35/62805Oxide ceramics
    • C04B35/62818Refractory metal oxides
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/626Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
    • C04B35/628Coating the powders or the macroscopic reinforcing agents
    • C04B35/62892Coating the powders or the macroscopic reinforcing agents with a coating layer consisting of particles

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
  • Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)

Abstract

FIELD: technological processes.SUBSTANCE: invention relates to the composition of the mixture, intended for the production of piezoelectric ceramic materials (PECM) for various purposes based on potassium sodium niobates. Initially by mixing aqueous solutions of carbonate KCOand NaCO, evaporation and dehydrogenation of the mixture synthesize complex carbonate KNaCO. In an aqueous solution of the specified carbonate with continuous stirring injected niobium oxide powder NbOand, if necessary, add the initial components of the alloying additives: water-soluble – in the form of a solution, insoluble – in the form of fine powder. This mixture is evaporated and dehydrated for one hour in a drying oven at 210 °C, receiving the mixture with a high degree of homogeneity. Ratio of the initial components is determined by the specified chemical composition PECM. Achieved in the proposed method, the uniform distribution of the reactant mixture, when the particles of NbOsurrounded by a sufficient amount of carbonate KNaCOwith an increase in their dispersed state, provides an increase in the reactivity of the reactants and, accordingly, the rate of the synthesis reaction. This allows you to conduct the process with reduced time cycles and without the need to activate and grind the mixture by active contact-mechanical effects on its components.EFFECT: as a result, the process flow diagram and its hardware component are simplified.1 cl, 3 ex

Description

Изобретение относится к технологии получения пьезоэлектрических керамических материалов на основе КНН, точнее к способам приготовления шихты, предназначенной для использования в процессе изготовления пьезокерамических материалов (ПЭКМ) различного назначения.The invention relates to a technology for producing piezoelectric ceramic materials based on KNN, more specifically to methods for preparing a mixture intended for use in the manufacturing process of piezoceramic materials (PECM) for various purposes.

В традиционно установившейся технологической схеме, составляющей основу практических всех известных способов получения ПЭКМ различного назначения, технология приготовления шихты имеет основополагающее значение, т.к. предопределяет ту или иную степень насыщенности технологической схемы получения конкретного ПЭКМ в целом, обеспечивает получение гомогенности и дисперсности шихты, требуемых для достижения реакционной способности и химического равновесия, в частности при образовании твердых растворов при твердофазном синтезе; исключения недостаточной однородности шихты и наличия в ней загрязняющих примесей, ухудшающих пьезоэлектрические и диэлектрические свойства ПЭКМ, и, как следствие, формирует продолжительность цикла, а также объем его аппаратного оснащения.In the traditionally established technological scheme, which forms the basis of practically all known methods for producing PECM for various purposes, the technology for preparing the charge is fundamental, because predetermines a degree of saturation of the technological scheme for obtaining a specific PECM as a whole, provides the homogeneity and dispersion of the mixture required to achieve reactivity and chemical equilibrium, in particular during the formation of solid solutions during solid-phase synthesis; elimination of insufficient homogeneity of the charge and the presence of contaminants in it, worsening the piezoelectric and dielectric properties of the PECM, and, as a result, forms the duration of the cycle, as well as the amount of its hardware.

Известен способ, (RU 2532440 С1, 2014 г.) при котором шихту для получения пьезоэлектрических керамических материалов системы ЦТС приготавливают методом «мокрого» смешивания и измельчения смеси сырьевых материалов в виде навесок исходных компонентов и легирующих добавок с использованием мелющих тел до заданного значения удельной поверхности порошка. В аттритор загружают исходный материал, стальные шары диаметром 10-20 мм и дистиллированную воду в соотношении по массе 1:3:1 соответственно. Такой способ имеет ограниченное применение в виду специфичности - он предназначен для ПЭКМ, используемого в гидроакустических излучателях и гидрофонах; и в соответствии со статьей №4 Директивы 2002/95/ЕС Европейского парламента и Совета «Об ограничении использования отдельных вредных веществ в электрическом и электронном оборудовании» бесперспективен из-за высокого содержания свинца в составе исходных компонентов (более 50%).There is a known method, (RU 2532440 C1, 2014) in which a mixture for producing piezoelectric ceramic materials of the PZT system is prepared by the method of “wet” mixing and grinding of a mixture of raw materials in the form of weighed portions of the starting components and alloying additives using grinding media to a given specific surface area powder. The initial material, steel balls with a diameter of 10-20 mm and distilled water in a ratio by weight of 1: 3: 1, respectively, are loaded into the attritor. This method has limited application in view of specificity - it is intended for PECM used in sonar emitters and hydrophones; and in accordance with Article 4 of Directive 2002/95 / EC of the European Parliament and of the Council “On the Limitation of the Use of Certain Harmful Substances in Electrical and Electronic Equipment”, it is unpromising because of the high lead content in the composition of the starting components (more than 50%).

Известны способы приготовления шихты, предназначенной для получения безсвинцовых пьезоэлектрических керамических материалов на основе КНН, например, раскрытые в описаниях к патентам RU №2551156 С1, 2015 г. и RU №2561439 С2, 2015 г., когда в соответствии с заданной химической композицией конкретного ПЭКМ исходные компоненты в виде оксидов калия, натрия, ниобия, меди берут в заданном весовом соотношении, предварительно синтезируют ниобаты натрия и калия и колумбит меди и смешивают их.Known methods for the preparation of a mixture intended for producing lead-free piezoelectric ceramic materials based on KNN, for example, disclosed in the descriptions of patents RU No. 2551156 C1, 2015 and RU No. 2561439 C2, 2015, when, in accordance with a given chemical composition of a specific PEKM the initial components in the form of oxides of potassium, sodium, niobium, copper are taken in a predetermined weight ratio, sodium and potassium niobates and copper columbite are pre-synthesized and mixed.

Наиболее близким аналогом (прототипом) изобретения является способ приготовления шихты для получения пьезоэлектрических керамических материалов на основе твердых растворов ниобатов калия натрия путем смешивания взятых в соответствии с заданной химической композицией ПЭКМ исходных компонентов, по меньшей мере, карбоната калия, карбоната натрия и оксида ниобия, синтезированных методом твердофазной реакции (RU №2555847 С1, 2015 г.).The closest analogue (prototype) of the invention is a method of preparing a mixture for producing piezoelectric ceramic materials based on solid solutions of sodium potassium niobates by mixing the starting components of at least potassium carbonate, sodium carbonate and niobium oxide synthesized, taken in accordance with a given chemical composition of PECM solid-phase reaction method (RU No. 2555847 C1, 2015).

В прототипе сначала раздельно приготавливают шихту для получения ниобата натрия и шихту для получения ниобата калия, синтезы которых проводят также раздельно при разных температурах, при этом смешивание исходной шихты осуществляют «мокрым» методом в шаровой мельнице в течении продолжительного времени, причем реагенты предварительно прокаливают при температурах: оксид ниобия 800°С и карбонаты калия и натрия при 300°С. Для повышения реакционной способности компонентов шихту для синтеза ПЭКМ, полученную путем смешивания в шаровой мельнице ниобатов калия - натрия с остальными ее компонентами, дополнительно активируют путем помола в планетарной мельнице.In the prototype, first, a mixture is prepared separately to obtain sodium niobate and a mixture to obtain potassium niobate, the syntheses of which are also carried out separately at different temperatures, while the initial mixture is mixed using the "wet" method in a ball mill for a long time, and the reagents are preliminarily calcined at temperatures : niobium oxide 800 ° C and potassium and sodium carbonates at 300 ° C. To increase the reactivity of the components, the mixture for the synthesis of PECM obtained by mixing potassium niobate - sodium in a ball mill with its other components is additionally activated by grinding in a planetary mill.

Таким образом, технологическая схема приготовления шихты для синтеза ПЭКМ в прототипе перенасыщена численностью приемов, разнообразием температурных и временных режимов и методов их проведения и используемого при этом оборудования, что значительно усложняет и удлиняет цикл приготовления шихты и удорожает процесс.Thus, the technological scheme for the preparation of the mixture for the synthesis of PECM in the prototype is oversaturated with the number of receptions, a variety of temperature and time modes and methods for their implementation and the equipment used, which significantly complicates and lengthens the cycle of preparation of the mixture and makes the process more expensive.

К другому недостатку прототипа следует отнести вероятность загрязнение шихты примесями в виде намола материала мелющих тел при проведении смешивания в мельницах, что может привести к нарушению однородности получаемого ПЭКМ. (Как показывает практика, введение в технологическую схему дополнительного приема по сепарированию полученного порошка от намола не гарантирует полного отсутствия в шихте этих примесей).Another disadvantage of the prototype should include the likelihood of contamination of the mixture with impurities in the form of grinding material of grinding media during mixing in mills, which can lead to a violation of the uniformity of the obtained PECM. (As practice shows, the introduction of an additional method for separating the obtained powder from namol into the technological scheme does not guarantee the complete absence of these impurities in the charge).

Задача, решаемая изобретением, направлена на упрощение и удешевление процесса приготовления шихты при обеспечении требуемой гомогенности и дисперсности смеси, предназначенной для получения ПЭКМ на основе твердых растворов ниобатов калия - натрия.The problem solved by the invention is aimed at simplifying and reducing the cost of the process of preparation of the mixture while ensuring the required homogeneity and dispersion of the mixture intended for the production of PECM based on solid solutions of potassium niobates - sodium.

Технический результат, получаемый при реализации изобретения, состоит в сокращении цикла подготовки шихты путем упрощения технологической схемы процесса и в сохранении изначальной химической чистоты исходных реагентов.The technical result obtained by the implementation of the invention is to reduce the cycle of preparation of the mixture by simplifying the technological scheme of the process and preserving the initial chemical purity of the starting reagents.

Технический результат достигается тем, что в способе приготовления шихты для получения пьезоэлектрических керамических материалов различного назначения, осуществляемом путем предварительного синтеза, температурной обработки и смешивания исходных компонентов, взятых в соответствии с заданной химической композицией конкретного пьезоэлектрического керамического материала, в состав которых входят, по меньшей мере, карбонат калия, карбонат натрия и оксид ниобия, согласно изобретению карбонаты калия и натрия и оксид ниобия берут следующих квалификаций: Na2CO3 «х.ч.», K2CO3 - «х.ч.», Nb2O5 - «х.ч.», первоначально приготавливают водные растворы карбонатов K2CO3 и Na2CO3, из их смеси синтезируют сложный карбонат KNaCO3 путем упаривания при непрерывном перемешивании и последующего дегидратирования при температуре 210°С, после чего приготавливают водный раствор синтезированного карбоната KNaCO3, вводят в него при перемешивании порошок оксида ниобия Nb2O5 в молярном соотношении реагентов 1:1, и полученную смесь упаривают при непрерывном перемешивании и окончательно дегидратируют при температуре 210°С, при этом для приготовления упомянутых растворов используют дистиллированную воду, подогретую до 50°С, и при этом остальные исходные компоненты, включаемые в состав шихты в соответствии с упомянутой заданной химической композицией, вводят в подготовленную смесь раствора сложного карбоната KNaCO3 и порошка оксида ниобия Nb2O5 до начала упаривания смеси, причем водорастворимые компоненты вводят в виде водного раствора, а нерастворимые - в виде тонкодисперсного порошка.The technical result is achieved by the fact that in the method of preparing the mixture to obtain piezoelectric ceramic materials for various purposes, carried out by pre-synthesis, heat treatment and mixing of the starting components taken in accordance with a given chemical composition of a specific piezoelectric ceramic material, which include at least potassium carbonate, sodium carbonate and niobium oxide, according to the invention, potassium carbonate and sodium and niobium oxide are taken as follows qualifications: Na 2 CO 3 “chemically pure”, K 2 CO 3 - “chemically pure”, Nb 2 O 5 - “chemically pure”, aqueous solutions of K 2 CO 3 and Na 2 carbonates are initially prepared CO 3 , the complex KNaCO 3 carbonate is synthesized from their mixture by evaporation with continuous stirring and subsequent dehydration at a temperature of 210 ° С, after which an aqueous solution of the synthesized KNaCO 3 carbonate is prepared, the powder of niobium oxide Nb 2 O 5 is introduced into it with stirring in a molar ratio reagents 1: 1, and the resulting mixture is evaporated with continuous stirring and finally dehydrated while erature of 210 ° C, while for the preparation of said solutions is used, distilled water, heated to 50 ° C, and wherein the other starting components included in the composition of the charge in accordance with said predetermined chemical composition is introduced into the prepared mixture of a carbonate solution KNaCO 3 and powder of niobium oxide Nb 2 O 5 before the evaporation of the mixture, moreover, water-soluble components are introduced in the form of an aqueous solution, and insoluble in the form of a fine powder.

Упаривание упомянутых растворов ведут при температуре от 90 до 100°С при непрерывном перемешивании посредством магнитной мешалки с подогревом с использованием перемешивающих элементов, имеющих химически инертное покрытие.Evaporation of the mentioned solutions is carried out at a temperature of from 90 to 100 ° C with continuous stirring by means of a magnetic stirrer with heating using mixing elements having a chemically inert coating.

Использование реагентов в виде растворов при проводимых синтезах позволяет получать наибольшую степень диспергирования реагентов, а подогрев используемой при этом воды ускоряет растворение веществ.The use of reagents in the form of solutions during the synthesis allows us to obtain the greatest degree of dispersion of the reagents, and the heating of the water used in this process accelerates the dissolution of substances.

Поскольку в растворе сложный карбонат KNaCO3 диспергируется до молекулярного уровня и равномерно распределяется вокруг оксида ниобия Nb2O5 при упаривании раствора смеси сложного карбоната KNaCO и оксида ниобия Nb2O5 повышается концентрация растворенного вещества и оно начинает кристаллизоваться на частицах оксида Nb2O5, равномерно покрывая их со всех сторон. Это позволяет получать смесь с высокой степенью гомогенности благодаря образованию на поверхности частиц оксида Nb2O5 тонкого слоя карбоната KNaCO3.Since the KNaCO 3 complex carbonate is dispersed to a molecular level in the solution and is evenly distributed around the Nb 2 O 5 niobium oxide when the solution of the mixture of KNaCO complex carbonate and niobium oxide Nb 2 O 5 is evaporated, the concentration of the solute increases and it begins to crystallize on the particles of Nb 2 O 5 oxide , evenly covering them from all sides. This allows you to get a mixture with a high degree of homogeneity due to the formation on the surface of the particles of Nb 2 O 5 oxide a thin layer of KNaCO 3 carbonate.

Достигаемое в предлагаемом способе такое равномерное распределение реагентов шихты, когда частицы Nb2O5 окружены достаточным количеством карбоната KNaCO3, с повышением их дисперсного состояния обеспечивает повышение реакционной способности реагентов и, соответственно, скорость реакции синтеза, которая, как известно, существенно зависит от размеров частиц реагентов и их взаимного расположения (увеличения контактной границы материалов и гомогенного состава смеси), а также позволяет при получении ПЭКМ избежать значительного увеличения кристаллов синтезированного продукта по сравнению с размерами сырья (в эксперименте в синтезированном ПЭКМ с использованием предлагаемого изобретения получен средний размер частиц 2,5 мкм при среднем размере частиц исходных реагентов шихты равном 1,5 мкм).Achieved in the proposed method, such a uniform distribution of the charge reagents, when the Nb 2 O 5 particles are surrounded by a sufficient amount of KNaCO 3 carbonate, with an increase in their dispersed state provides an increase in the reactivity of the reactants and, accordingly, the synthesis reaction rate, which, as you know, significantly depends on the size particles of reagents and their relative positions (increasing the contact boundary of materials and the homogeneous composition of the mixture), and also allows to obtain a significant increase in crystals of the synthesized product compared with the size of the raw materials (in the experiment in the synthesized PECM using the present invention, an average particle size of 2.5 μm was obtained with an average particle size of the starting charge reagents of 1.5 μm).

Осуществление изобретения.The implementation of the invention.

Для изготовления основы шихты используются следующие реагенты: карбонат калия K2CO3, карбонат натрия Na2CO3 и оксид ниобия Nb2O5 следующих квалификаций: Na2CO3 - «х.ч.», K2CO3 - «х.ч.», Nb2O5 - «х.ч.».The following reagents are used to make the charge base: potassium carbonate K 2 CO 3 , sodium carbonate Na 2 CO 3 and niobium oxide Nb 2 O 5 of the following qualifications: Na 2 CO 3 - “chemically pure”, K 2 CO 3 - “x h. ", Nb 2 O 5 -" chemically pure. "

Сначала готовят водные растворы карбонатов K2CO3 и Na2CO3. Их смешивают и упаривают при непрерывном помешивании. Полученный порошок дегидратируют при 210°С, получая сложный карбонат KNaCO3. После чего готовят раствор сложного карбоната KNaCO3 и в него вводят порошок Nb2O5 в молярном соотношении используемых реагентов 1:1. При необходимости в полученную смесь сложного карбоната и оксида ниобия вводят дополнительные компоненты, например легирующие добавки: водорастворимые компоненты в виде раствора, нерастворимые - в виде тонкодисперсного порошка в количестве, определяемом в соответствии с заданной композицией конкретного ПЭКМ. После чего полученная смесь упаривается при непрерывном помешивании и дегидратируется при температуре 210°С.First, aqueous solutions of carbonates K 2 CO 3 and Na 2 CO 3 are prepared. They are mixed and evaporated with continuous stirring. The resulting powder was dehydrated at 210 ° C, obtaining a complex carbonate KNaCO 3 . Then a solution of complex carbonate KNaCO 3 is prepared and Nb 2 O 5 powder is introduced into it in a 1: 1 molar ratio of the reagents used. If necessary, additional components are added to the resulting mixture of complex carbonate and niobium oxide: for example, dopants: water-soluble components in the form of a solution, insoluble - in the form of a fine powder in an amount determined in accordance with a given composition of a specific PECM. After which the resulting mixture is evaporated with continuous stirring and dehydrated at a temperature of 210 ° C.

Дальнейшее пояснение предлагаемого способа приготовления шихты дано на примерах осуществления изобретения при получении ПЭКМ различного назначения с различными вариантами состава шихты.Further explanation of the proposed method for the preparation of the mixture is given in the examples of the invention when receiving PEKM for various purposes with various options for the composition of the mixture.

Пример №1 - приготовление шихты для получения ПЭКМ, соответствующего формуле (K0.5Na0.5)NbO3.Example No. 1 - preparation of the mixture to obtain a PECM corresponding to the formula (K 0.5 Na 0.5 ) NbO 3 .

1) В качестве исходных компонентов используют карбонаты и оксиды следующих квалификаций: Na2CO3 - «х.ч.», K2CO3 - «х.ч.», Nb2O5 - «х.ч.», взятых в мольных долях: Na2CO3 - 0,25, K2CO3 - 0,25, Nb2O5 - 0,5.1) Carbonates and oxides of the following qualifications are used as starting components: Na 2 CO 3 - “chemically pure”, K 2 CO 3 - “chemically pure”, Nb 2 O 5 - “chemically pure”, taken in molar fractions: Na 2 CO 3 - 0.25, K 2 CO 3 - 0.25, Nb 2 O 5 - 0.5.

2) Сначала приготавливают растворы карбонатов K2CO3 и Na2CO3. Для приготовления растворов используется дистиллированная вода, подогретая до 50°С.2) First prepare solutions of carbonates K 2 CO 3 and Na 2 CO 3 . For the preparation of solutions, distilled water is used, heated to 50 ° C.

3) Растворы карбонатов смешивают и упаривают при температуре от 90 до 100°С при непрерывном перемешивании посредством магнитной мешалки с подогревом с использованием перемешивающих элементов с химически инертным покрытием. Упаривание проводиться до потери подвижности перемешивающих элементов магнитной мешалки.3) Carbonate solutions are mixed and evaporated at a temperature of from 90 to 100 ° C with continuous stirring by means of a magnetic stirrer with heating using mixing elements with a chemically inert coating. Evaporation is carried out until the mobility of the mixing elements of the magnetic stirrer is lost.

4) Полученная масса переносится в керамическую кювету и дегидратируется в сушильном шкафу при температуре 210°С в течении 1 часа.4) The resulting mass is transferred to a ceramic cell and dehydrated in an oven at a temperature of 210 ° C for 1 hour.

5) Далее готовят водный раствор сложного карбоната KNaCO3 и в него при непрерывном помешивании вводят порошок Nb2O5 в молярном соотношении используемых реагентов 1:1. Для приготовления раствора используется дистиллированная вода, подогретая до 50°С.5) Next, an aqueous solution of KNaCO 3 complex carbonate is prepared and Nb 2 O 5 powder is introduced into it with continuous stirring in a 1: 1 molar ratio of the reagents used. To prepare the solution, distilled water is used, heated to 50 ° C.

6) Полученную смесь упаривают при температуре от 90 до 100°С при непрерывном перемешивании посредством магнитной мешалки с подогревом с использованием перемешивающих элементов с химически инертным покрытием. Упаривание проводиться до потери подвижности перемешивающих элементов магнитной мешалки.6) The resulting mixture was evaporated at a temperature of from 90 to 100 ° C with continuous stirring by means of a magnetic stirrer with heating using mixing elements with a chemically inert coating. Evaporation is carried out until the mobility of the mixing elements of the magnetic stirrer is lost.

7) Полученную массу переносят в керамическую кювету и дегидратируют в сушильном шкафу при температуре 210°С в течении 1 часа.7) The resulting mass is transferred to a ceramic cuvette and dehydrated in an oven at a temperature of 210 ° C for 1 hour.

Пример №2 - приготовление шихты для получения ПЭКМ, соответствующего формуле (K0.5Na0.5)0,98 Sr0.02 NbO3.Example No. 2 - the preparation of the mixture to obtain a PECM corresponding to the formula (K 0.5 Na 0.5 ) 0.98 Sr 0.02 NbO 3 .

1) В качестве исходных компонентов используют карбонаты, нитраты и оксиды следующих квалификаций: Na2CO3 - «х.ч.», K2CO3 - «х.ч.», Sr(NO3)2 - «х.ч.» Nb2O5 - «х.ч.».», взятых в мольных долях: Na2CO3 - 0,25, K2CO3 - 0,25, Nb2O5 - 0,5 Sr(NO3)2 - 0,02.1) Carbonates, nitrates and oxides of the following qualifications are used as starting components: Na 2 CO 3 - “chemically pure”, K 2 CO 3 - “chemically pure”, Sr (NO 3 ) 2 - “chemically pure . ”Nb 2 O 5 -“ chemically pure ”.”, Taken in molar fractions: Na 2 CO 3 - 0.25, K 2 CO 3 - 0.25, Nb 2 O 5 - 0.5 Sr (NO 3 ) 2 - 0.02.

2) Сначала приготавливают растворы карбонатов K2CO3 и Na2CO3. Для приготовления растворов используется дистиллированная вода подогретая до 50°С.2) First prepare solutions of carbonates K 2 CO 3 and Na 2 CO 3 . For the preparation of solutions, distilled water heated to 50 ° C is used.

3) Растворы карбонатов смешивают и упаривают при температуре от 90 до 100°С при непрерывном помешивании посредством магнитной мешалки с подогревом с использованием перемешивающих элементов с химически инертным покрытием. Упаривание проводится до потери подвижности перемешивающих элементов магнитной мешалки.3) Carbonate solutions are mixed and evaporated at a temperature of from 90 to 100 ° C with continuous stirring by means of a magnetic stirrer with heating using mixing elements with a chemically inert coating. Evaporation is carried out until the mobility of the mixing elements of the magnetic stirrer is lost.

4) Полученная масса переносится в керамическую кювету и дегидратируется в сушильном шкафу при температуре 210°С в течении 1 часа.4) The resulting mass is transferred to a ceramic cell and dehydrated in an oven at a temperature of 210 ° C for 1 hour.

5) Готовят водный раствор сложного карбоната KNaCO3 и в него при помешивании вводят порошок Nb2O5 в молярном соотношении используемых реагентов 1:1. Для приготовления раствора используется дистиллированная вода, подогретая до 50°С.5) An aqueous solution of the complex carbonate KNaCO 3 is prepared and Nb 2 O 5 powder is introduced into it with stirring in a 1: 1 molar ratio of the reagents used. To prepare the solution, distilled water is used, heated to 50 ° C.

6) Готовят водный раствор нитрата стронция Sr(NO3)2. Для приготовления раствора используется дистиллированная вода подогретая до 50°С. Подготовленный раствор добавляется в смесь сложного карбоната KNaCO3 и оксида ниобия Nb2O5.6) Prepare an aqueous solution of strontium nitrate Sr (NO 3 ) 2 . To prepare the solution, distilled water heated to 50 ° C is used. The prepared solution is added to the mixture of complex carbonate KNaCO 3 and niobium oxide Nb 2 O 5 .

7) Полученную смесь компонентов упаривают при температуре от 90 до 100°С при непрерывном помешивании посредством магнитной мешалки с подогревом с использованием перемешивающих элементов с химически инертным покрытием. Упаривание проводиться до потери подвижности перемешивающих элементов магнитной мешалки.7) The resulting mixture of components is evaporated at a temperature of from 90 to 100 ° C with continuous stirring by means of a magnetic stirrer with heating using mixing elements with a chemically inert coating. Evaporation is carried out until the mobility of the mixing elements of the magnetic stirrer is lost.

8) Полученную массу переносят в керамическую кювету и дегидратируют в сушильном шкафу при температуре 210°С в течении 1 часа.8) The resulting mass is transferred to a ceramic cuvette and dehydrated in an oven at a temperature of 210 ° C for 1 hour.

Пример №3 - приготовление шихты для получения ПЭКМ, соответствующего формуле (K0.5Na0.5) (Mn0.02 Nb0.98)O3.Example No. 3 - preparation of the mixture to obtain a PECM corresponding to the formula (K 0.5 Na 0.5 ) (Mn 0.02 Nb 0.98 ) O 3 .

1) В качестве исходных компонентов используют карбонаты и оксиды следующих квалификаций: Na2CO3 - «х.ч.», K2CO3 - «х.ч.», MnO2 - «х.ч.» Nb2O5 - «х.ч.», взятых в мольных долях: Na2CO3 - 0,25, K2CO3 - 0,25, Nb2O5 - 0,49, MnO2 - 0,01.1) Carbonates and oxides of the following qualifications are used as starting components: Na 2 CO 3 - “chemically pure”, K 2 CO 3 - “chemically pure”, MnO 2 - “chemically pure” Nb 2 O 5 - “chemically pure”, taken in mole fractions: Na 2 CO 3 0.25, K 2 CO 3 0.25, Nb 2 O 5 0.49, MnO 2 0.01.

2) Сначала приготавливают растворы карбонатов K2CO3 и Na2CO3. Для приготовления растворов используется дистиллированная вода подогретая до 50°С.2) First prepare solutions of carbonates K 2 CO 3 and Na 2 CO 3 . For the preparation of solutions, distilled water heated to 50 ° C is used.

3) Растворы карбонатов смешивают и упаривают при температуре от 90 до 100°С при непрерывном помешивании посредством магнитной мешалки с подогревом с использованием перемешивающих элементов с химически инертным покрытием. Упаривание проводиться до потери подвижности перемешивающих элементов магнитной мешалки.3) Carbonate solutions are mixed and evaporated at a temperature of from 90 to 100 ° C with continuous stirring by means of a magnetic stirrer with heating using mixing elements with a chemically inert coating. Evaporation is carried out until the mobility of the mixing elements of the magnetic stirrer is lost.

4) Полученная масса переносится в керамическую кювету и дегидратируется в сушильном шкафу при температуре 210°С в течении 1 часа.4) The resulting mass is transferred to a ceramic cell and dehydrated in an oven at a temperature of 210 ° C for 1 hour.

5) Готовится водный раствор сложного карбоната KNaCO3 и в него при помешивании вводят порошок Nb2O5 в молярном соотношении используемых реагентов 1:1. Для приготовления раствора используется дистиллированная вода, подогретая до 50°С.5) An aqueous solution of KNaCO 3 complex carbonate is prepared and, with stirring, Nb 2 O 5 powder is introduced in a 1: 1 molar ratio of the reagents used. To prepare the solution, distilled water is used, heated to 50 ° C.

6) В эту смесь добавляют тонкодисперсный порошок оксида MnO2.6) Fine powder of MnO 2 oxide is added to this mixture.

7) После чего смесь упаривают при температуре от 90 до 100°С при непрерывном перемешивании посредством магнитной мешалки с подогревом с использованием перемешивающих элементов с химически инертным покрытием. Упаривание проводиться до потери подвижности перемешивающих элементов магнитной мешалки.7) After which the mixture is evaporated at a temperature of from 90 to 100 ° C with continuous stirring by means of a magnetic stirrer with heating using mixing elements with a chemically inert coating. Evaporation is carried out until the mobility of the mixing elements of the magnetic stirrer is lost.

8) Полученная масса переносится в керамическую кювету и дегидратируется в сушильном шкафу при температуре 210°С в течении 1 часа.8) The resulting mass is transferred to a ceramic cell and dehydrated in an oven at a temperature of 210 ° C for 1 hour.

В предлагаемом способе, в отличие от прототипа, нет необходимости в проведении таких этапов как активация и помол шихты, время проведения остальных этапов снижено и упрощена аппаратная составляющая процесса, причем исключение активного контактно-механического воздействия на компоненты шихты со стороны мелющих тел способствует сохранению изначальной химической чистоты компонентов.In the proposed method, unlike the prototype, there is no need to carry out such steps as activation and grinding of the charge, the time of the remaining steps is reduced and the hardware component of the process is simplified, and the exclusion of the active contact-mechanical effect on the components of the charge from the grinding media contributes to the preservation of the original chemical purity of components.

Claims (2)

1. Способ приготовления шихты для получения пьезоэлектрических керамических материалов различного назначения, осуществляемый путем предварительного синтеза, температурной обработки и смешивания исходных компонентов, взятых в соответствии с заданной химической композицией конкретного пьезоэлектрического керамического материала, в состав которых входят, по меньшей мере, карбонат калия, карбонат натрия и оксид ниобия, отличающийся тем, что в нем карбонаты калия и натрия и оксид ниобия берут следующих квалификаций: Na2CO3 - «х.ч.», K2CO3 - «х.ч.», Nb2O5 - «х.ч.», первоначально приготавливают водные растворы карбонатов K2CO3 и Na2CO3, из их смеси синтезируют сложный карбонат KNaCO3 путем упаривания при непрерывном перемешивании и последующего дегидратирования при температуре 210°С, после чего приготавливают водный раствор синтезированного карбоната KNaCO3, вводят в него при перемешивании порошок оксида ниобия Nb2O5 в молярном соотношении реагентов 1:1, полученную смесь упаривают при непрерывном перемешивании и окончательно дегидратируют при температуре 210°С, при этом для приготовления упомянутых растворов используют дистиллированную воду, подогретую до 50°С, и при этом остальные исходные компоненты, включаемые в состав шихты в соответствии с упомянутой заданной химической композицией, вводят в подготовленную смесь раствора сложного карбоната KNaCO3 и порошка оксида ниобия Nb2O5 до начала упаривания смеси, причем водорастворимые компоненты вводят в виде водного раствора, а нерастворимые - в виде тонкодисперсного порошка.1. The method of preparation of the mixture to obtain piezoelectric ceramic materials for various purposes, carried out by pre-synthesis, heat treatment and mixing of the starting components taken in accordance with a given chemical composition of a specific piezoelectric ceramic material, which include at least potassium carbonate, carbonate sodium and niobium oxide, characterized in that in it the potassium carbonates and sodium and niobium oxide are taken in the following qualifications: Na 2 CO 3 - “chemically pure”, K 2 CO 3 - “x hours ”, Nb 2 O 5 -“ hours ”, initially prepare aqueous solutions of K 2 CO 3 and Na 2 CO 3 carbonates, complex KNaCO 3 carbonate is synthesized from their mixture by evaporation with continuous stirring and subsequent dehydration at temperature 210 ° С, after which an aqueous solution of the synthesized KNaCO 3 carbonate is prepared, niobium oxide powder Nb 2 O 5 is introduced into it with stirring in a molar ratio of reactants 1: 1, the resulting mixture is evaporated with continuous stirring and finally dehydrated at a temperature of 210 ° С, this for cooking said solutions using distilled water heated to 50 ° C, and wherein the other starting components included in the composition of the charge in accordance with said predetermined chemical composition is introduced into the prepared mixture solution of complex carbonate KNaCO 3 powder and niobium oxide Nb 2 O 5 to start evaporation of the mixture, and water-soluble components are introduced in the form of an aqueous solution, and insoluble in the form of a finely divided powder. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что упаривание упомянутых растворов ведут при температуре от 90 до 100°С при непрерывном перемешивании посредством магнитной мешалки с подогревом с использованием перемешивающих элементов, имеющих химически инертное покрытие.2. The method according to p. 1, characterized in that the evaporation of these solutions is carried out at a temperature of from 90 to 100 ° C with continuous stirring by means of a magnetic stirrer with heating using mixing elements having a chemically inert coating.
RU2017143196A 2017-12-11 2017-12-11 Method of preparation of mixture for piezoelectric ceramic materials RU2681759C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017143196A RU2681759C1 (en) 2017-12-11 2017-12-11 Method of preparation of mixture for piezoelectric ceramic materials

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017143196A RU2681759C1 (en) 2017-12-11 2017-12-11 Method of preparation of mixture for piezoelectric ceramic materials

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2681759C1 true RU2681759C1 (en) 2019-03-12

Family

ID=65805757

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017143196A RU2681759C1 (en) 2017-12-11 2017-12-11 Method of preparation of mixture for piezoelectric ceramic materials

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2681759C1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1223582A1 (en) * 1984-02-24 1993-11-15 Otdel I Khim Fiz An Sssr Blend for producing complex niobates of alkaline and bivalent metals
CN101333005A (en) * 2008-07-29 2008-12-31 陕西科技大学 Method for low-temperature preparing K0.5Na0.5NbO3 super fines
CN102276257A (en) * 2011-03-22 2011-12-14 南京航空航天大学 Method for preparing potassium sodium niobate leadless piezoelectric ceramic powder
RU2498960C2 (en) * 2011-11-09 2013-11-20 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южный федеральный университет" (Южный федеральный университет) Piezoelectric ceramic material
RU2555847C1 (en) * 2014-04-18 2015-07-10 Общество с ограниченной ответственностью "ПьезоТех" (ООО "ПьезоТех") Method for manufacturing piezoceramic material based on solid solutions of potassium-sodium niobate

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1223582A1 (en) * 1984-02-24 1993-11-15 Otdel I Khim Fiz An Sssr Blend for producing complex niobates of alkaline and bivalent metals
CN101333005A (en) * 2008-07-29 2008-12-31 陕西科技大学 Method for low-temperature preparing K0.5Na0.5NbO3 super fines
CN102276257A (en) * 2011-03-22 2011-12-14 南京航空航天大学 Method for preparing potassium sodium niobate leadless piezoelectric ceramic powder
RU2498960C2 (en) * 2011-11-09 2013-11-20 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южный федеральный университет" (Южный федеральный университет) Piezoelectric ceramic material
RU2555847C1 (en) * 2014-04-18 2015-07-10 Общество с ограниченной ответственностью "ПьезоТех" (ООО "ПьезоТех") Method for manufacturing piezoceramic material based on solid solutions of potassium-sodium niobate

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Luo et al. Progress in lead-based ferroelectric and antiferroelectric single crystals: composition modification, crystal growth and properties
US3637531A (en) Method for making ceramic titanate elements and materials therefor
Hosono et al. Ferroelectric BaTaO2N crystals grown in a BaCN2 flux
JP4240423B2 (en) Target material for forming metal oxide thin film, method for producing the same, and method for forming metal oxide thin film using the target material
JP2009242230A (en) Method for producing alkali niobate perovskite crystal
RU2681759C1 (en) Method of preparation of mixture for piezoelectric ceramic materials
Augustine et al. Realization of device quality PMN–PT ceramics using modulated heating method
RU2555847C1 (en) Method for manufacturing piezoceramic material based on solid solutions of potassium-sodium niobate
Munir et al. Structure analysis and ferroelectric response of Bi0. 5Na0. 5TiO3 nanopowder synthesized by sol–gel method
CN113321507A (en) Doped modified lead-based piezoelectric ceramic with excellent and stable piezoelectric performance
Necira et al. Effects of Thermal Conditions in the Phase Formation of Undoped and Doped Pb (Zr 1-x Ti x) O 3 Solid Solutions
JPH0474721A (en) Production of lanthanum manganate-based powder
Islam et al. Sintering characteristics of La/Nd doped Bi4Ti3O12 bismuth titanate ceramics
US3558493A (en) Lithium ferrites
RU2552456C2 (en) METHOD FOR SYNTHESIS OF SOLID SOLUTION POWDERS BaSrTiO3
Raevski et al. Structural and dielectric studies of PbYb 1/2 Nb 1/2 O 3 ceramics with the differing degree of the long-range compositional ordering fabricated by mechanoactivation
JP2841347B2 (en) Manufacturing method of piezoelectric ceramics
Li et al. Investigation on preparation of Na0. 5K0. 5NbO3 nanoparticles by microwave heating method
RU2720427C1 (en) Method of producing refractory articles from ceramic material based on potassium sodium niobate
RU2502672C1 (en) Method of obtaining lithium niobate charge for growing monocrystals
CN115094519B (en) Preparation method of raw material for growth of relaxor ferroelectric single crystal
RU2718697C1 (en) METHOD OF PRODUCING COMPLEX OXIDE OF MANGANITE BaLn2Mn2O7+δ
CN102503410A (en) Barium strontium titanate-lead titanate pyroelectric ceramic and preparation method thereof
RU2714425C1 (en) Method of producing lithium alpha-aluminate
SU512172A1 (en) Method for producing trivalent metal antimonates

Legal Events

Date Code Title Description
PC41 Official registration of the transfer of exclusive right

Effective date: 20201209