RU2767817C1 - Состав засыпки для спекания сегнетопьезоэлектрического керамического материала на основе ниобата натрия - Google Patents

Состав засыпки для спекания сегнетопьезоэлектрического керамического материала на основе ниобата натрия Download PDF

Info

Publication number
RU2767817C1
RU2767817C1 RU2021128074A RU2021128074A RU2767817C1 RU 2767817 C1 RU2767817 C1 RU 2767817C1 RU 2021128074 A RU2021128074 A RU 2021128074A RU 2021128074 A RU2021128074 A RU 2021128074A RU 2767817 C1 RU2767817 C1 RU 2767817C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
sodium niobate
sintering
mno
backfill
composition
Prior art date
Application number
RU2021128074A
Other languages
English (en)
Inventor
Лариса Андреевна Резниченко
Константин Петрович Андрюшин
Екатерина Викторовна Глазунова
Светлана Ивановна Дудкина
Максим Олегович Мойса
Инна Николаевна Андрюшина
Илья Александрович Вербенко
Original Assignee
федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Южный федеральный университет»
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 автономное образовательное учреждение высшего образования «Южный федеральный университет» filed Critical федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Южный федеральный университет»
Priority to RU2021128074A priority Critical patent/RU2767817C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2767817C1 publication Critical patent/RU2767817C1/ru

Links

Images

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
    • C04B35/10Shaped 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 aluminium oxide
    • C04B35/111Fine 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
    • C04B35/01Shaped 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
    • 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
    • C04B35/64Burning or sintering processes
    • C04B35/645Pressure sintering

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)

Abstract

Изобретение относится к технологии изготовления сегнетопьезоэлектрических керамических материалов (СПКМ) на основе ниобата натрия. Состав засыпки для спекания СПКМ на основе ниобата натрия, включающий Al2O3 и добавку, в качестве добавки содержит порошкообразную закись марганца MnO и карбонат марганца MnCO3 при следующем соотношении исходных компонентов, масс.%: Al2O3 80-85, MnO 7,5-10,0, MnCO3 7,5-10,0. Техническим результатом является снижение температуры спекания при горячем прессовании керамического материала на основе ниобата натрия, а также повышение его механической прочности (σ) и механической добротности (
Figure 00000018
) и сохранении комплекса диэлектрических (
Figure 00000019
,
Figure 00000020
), пьезоэлектрических (
Figure 00000021
,
Figure 00000022
) и сегнетоэластических ( ) характеристик, присущих данному материалу, спеченному традиционным способом. 1 ил., 2 табл.

Description

Область техники
Изобретение относится к технологии изготовления сегнетопьезоэлектрических керамических материалов (СПКМ) на основе ниобата натрия и может быть использовано для создания высокоэффективных материалов широкого спектра действия с заданными свойствами.
Уровень техники
Группа бессвинцовых материалов на основе ниобатов щелочных металлов обладает рядом уникальных свойств, не реализуемых в ЦТС (Pb(Ti,Zr)O3)-составах. Достоинствами таких СПКМ являются высокая скорость звука, определяющая высокочастотный (ВЧ) диапазон эксплуатации преобразователя, а также возможность получать заданную частоту на менее тонких пластинах, что упрощает технологию изготовления ВЧ-устройств за счет возможности увеличения их резонансных размеров; низкая экспериментальная плотность, приводящая, с одной стороны, к значительному снижению веса изделий, а, с другой, - к уменьшению акустического импеданса; очень низкая диэлектрическая проницаемость, что немаловажно для электрического согласования с генератором и нагрузкой; повышенный толщинный коэффициент электромеханической связи; достаточная анизотропия пьезосвойств, что позволяет улучшить отношение сигнал/шум и упростить технологию получения, исключив операцию резки материала; низкие диэлектрические и умеренные механические потери, что важно для получения коротких импульсов и равномерных амплитудно-частотных характеристик.
Одним из способов ускоренного получения СПКМ, в том числе, на основе ниобата натрия, является метод горячего прессования (ГП), суть которого заключается в одновременном приложении к заготовке из пресс-порошка высоких температур и давлений [1, стр. 172-176]. Кроме экспрессности, достоинствами ГП являются его универсальность; возможность изготовления практически беспористой керамики с плотностью, близкой к теоретической и с управляемой микроструктурой; сохранение стехиометрии состава; повышение эффективности СПКМ по сравнению с таковой при использовании традиционной обычной керамической технологии.
При ГП передача давления к заготовке, как правило, осуществляется с помощью различных сред, чаще всего сыпучих тел - засыпок. Применение засыпки при спекании СПКМ методом ГП диктуется, прежде всего, необходимостью исключения непосредственного контакта образца с материалом матрицы и пуансонов, а также нормальной передачи к нему давления [2, стр. 81-85], равномерной подачи и отбора тепла обжигаемых изделий. В связи с этим, основными требованиями, предъявляемыми к засыпке, являются: химическая инертность по отношению к материалам заготовки и пресс-формы; неслёживаемость и неспекаемость в процессе обжига заготовок; однородность. Использование засыпок, удовлетворяющих вышеуказанным требованиям, позволяет извлекать образец из пресс-формы без его разрушения. При этом получают ГП- образцы с заданной совокупностью электрофизических параметров. Поскольку при ГП керамики давление на образец подают при высоких температурах, облегчаются контакты между частицами дисперсно-кристаллических синтезированных порошков, сбрикетированных в виде заготовок, ускоряются диффузия и, как следствие, рекристаллизационные процессы, что должно приводить к снижению температуры спекания, Т сп, по сравнению с обычным обжигом без давления по обычной керамической технология. На практике резкое снижение Т сп отмечается практически для всех ГП- образцов свинецсодержащих керамик [1, стр. 179]. Применение же метода ГП при получении материалов на основе ниобата натрия (ниобатных материалов, НМ) не приводит к желаемому снижению Т сп. Более того, использование ГП способствует развитию в них эффектов саморазрушения [3, стр. 1771-1774].
Избежать описанных негативных явлений в процессе ГП и снизить Т сп НМ удается либо модифицированием материалов [4, стр. 13457-13466], либо введением дополнительных компонентов [5, стр. 1594-1601], что не сохраняет в обоих случаях комплекс присущих НМ свойств; либо изменением качественно-количественного состава засыпок [2, стр. 82].
Известен состав засыпки, используемой при ГП СПКМ, включающий Al2O3 [2, стр. 81; 7, стр. 4; 8, стр. 62-64]. Недостатком является невозможность обеспечения снижения температуры спекания, Т сп, СПКМ на основе ниобата натрия при использовании этой засыпки.
Известен состав засыпки, используемой при ГП СПКМ, преимущественно титаната бария, BaTiO3, включающий порошок диоксида циркония [6, стр. 2]. Недостатком его при использовании в процессе ГП СПКМ на основе ниобата натрия является уже при невысоких температурах (650÷740°С) взаимодействие Na2O, K2O, Nb2O5 с ZrO2 с образованием метастабильных соединений Na2ZrO3, K2ZrO3 и других фаз [9, стр. 149-168], [10, стр. 294-298].
Известен состав засыпки для спекания СПКМ, преимущественно на основе ниобата натрия состава (Na,Li)NbO3 (SU 857075, М.кл.3 C04B 35/00, опубл. 25.02.81) [11], принимаемый за прототип настоящего изобретения как наиболее близкий по назначению и составу.
Для снижения температуры спекания при ГП до 980°С при сохранении пьезоэлектрических свойств материала известная засыпка содержит, в масс.%:
Al2O3 70 - 90
FeO или карбонат стронция SrCO3 10 –30.
Недостатком прототипа является уменьшение удельного электрического сопротивления материала,
Figure 00000001
, до 5⋅1011 Ом⋅см при использовании засыпки с FeO и до (4,0÷8,0) 1011 м с засыпкой с SrCO3 по сравнению с ρv=(1,0÷2,0)⋅1012 Ом⋅см при использовании засыпки из чистого (без добавок) Al2O3.
Раскрытие изобретения
Техническим результатом заявляемого изобретения является снижение температуры спекания при ГП СПКМ на основе ниобата натрия при повышении его механической прочности (σ) и механической добротности (
Figure 00000002
) и сохранении комплекса диэлектрических (
Figure 00000003
,
Figure 00000001
), пьезоэлектрических (
Figure 00000004
,
Figure 00000005
) и сегнетоэластических (
Figure 00000006
) характеристик, присущих данному материалу, спеченному традиционным способом.
Указанный технический результат достигается тем, что состав засыпки для спекания СПКМ на основе ниобата натрия, включающий Al2O3 и добавку, согласно изобретению, он в качестве добавки содержит порошкообразную закись марганца MnO и карбонат марганца MnCO3 при следующем соотношении исходных компонентов, в масс. %: Al2O3 - 80÷85, MnO - 7,5÷10,0, MnCO3 - 7,5÷10,0.
Состав засыпки поясняется таблицами и фазовой диаграммой.
Таблица 1. Основные электрофизические и механические характеристики СПКМ на основе ниобата натрия вида (Na,K,Cd0.5)NbO3, полученного традиционным способом (ОКТ) и горячим прессованием с разными засыпками
Таблица 2. Основные электрофизические и механические характеристики СПКМ на основе ниобата натрия вида (Na,Li)NbO3, полученного горячим прессованием с использованием состава засыпки Al2O3: 70 - 90; FeO или карбонат стронция SrCO3: 10 - 30 (прототипа) и заявляемого состава засыпки: Al2O3 - 80÷85, MnO - 7,5÷10,0, MnCO3 - 7,5÷10,0 (в масс. %)
Фиг.1. Фазовая диаграмма системы Al2O3 - MnO, полученная на основе рентгенографических исследований на дифрактометре XRD-6000 фирмы “Shimandzu” в λ-Co-излучении (по данным [16]).
Введение в состав засыпки MnO и MnCO3 приводит к обеднению атмосферы, окружающей в рабочем объёме образец, кислородом за счёт связывания его при окислении MnO (MnO
Figure 00000007
αMn2O3
Figure 00000008
βMn3O4) и вытеснения углекислым газом при разложении MnCO3 (MnCO3 → MnO+СО2↑), то есть образования в матрице восстановительной атмосферы. Спекание в этих условиях способствует образованию кислородных вакансий (по схеме
Figure 00000009
, где
Figure 00000010
- обозначение вакансий). Участвуя в процессах массопереноса, эти вакансии облегчают протекание диффузионных процессов, ускоряют их и приводят к снижению Т сп. Сохранение же при таких пониженных температурах обжига заданной стехиометрии способствует улучшению механических свойств спекаемых НМ, повышая их механическую прочность, σ, и добротность,
Figure 00000011
, что и наблюдается на практике.
Анализ представленных результатов альтернативных технологических решений и подходов, применяемых в производстве СПКМ, преимущественно, на основе ниобата натрия позволил убедиться в том, что использование ни одной из известных засыпок не приводит к снижению температуры спекания (Т сп.) СПКМ на основе ниобата натрия, повышению его механической прочности (σ) и механической добротности (
Figure 00000002
) при сохранении комплекса диэлектрических (
Figure 00000003
,
Figure 00000012
), пьезоэлектрических (
Figure 00000013
,
Figure 00000014
) и сегнетоэластических (
Figure 00000015
) характеристик, присущих данному материалу, спеченному традиционным способом (ОКТ).
В качестве примера приведено сопоставление свойств НМ состава (Na,K,Cd0.5)NbO3, полученного путём спекания заготовок из синтезированных дисперсно-кристаллических порошков заданной стехиометрии методами обычной керамической технологии, ОКТ, без извне приложенного давления и засыпки и горячего прессования, ГП, с извне приложенным давлением, Р, равным 200 кг/см2 с известными засыпками из Al2O3, Al2O3+FeO, Al2O3+SrCO3 и заявляемой засыпкой из Al2O3+MnO+MnCO3 с количественной вариацией состава (Таблица 1 Основные электрофизические и механические характеристики СПКМ на основе ниобата натрия вида (Na,K,Cd0.5)NbO3, полученного традиционным способом (ОКТ) и горячим прессованием с разными засыпками), а также НМ состава (Na,Li)NbO3, полученного ГП с использованием состава засыпки из [11] и Таблица 2 Основные электрофизические и механические характеристики СПКМ на основе ниобата натрия вида (Na,Li)NbO3, полученного горячим прессованием с использованием состава засыпки Al2O3: 70 - 90; FeO или карбонат стронция SrCO3: 10 - 30 (прототипа) и заявляемого состава засыпки: Al2O3 - 80÷85, MnO - 7,5÷10,0, MnCO3 - 7,5÷10,0 (в масс. %).
Примеры изготовления сегнетопьезоэлектрического керамического материала на основе ниобата натрия при разных составах атмосферообразующей засыпки (1-х)Al2O3 + х(0,5MnO+0,5MnCO3) приведены ниже.
Пример 1 (№. 5 табл. 1):
- рассчитываются навески исходных сырьевых реагентов NaHCO3, KHCO3, Nb2O5, CdO в соответствии с химической формулой композиции выбранного материала на основе ниобата натрия состава (NaaKbCdc)NbO3, где a=(0,50÷0,55) мол. %, b=0,2 мол. %, c=(0,125÷0,15) мол. %, a+b+2c = 100 % [12];
- осуществляется взвешивание дисперсно-кристаллических порошков исходных реагентов, взятых в необходимых количествах в пересчете на соответствующие оксиды: Na2O=9,23; K2O=5,34; Nb2O5=75,42; CdO=10,01 масс. %. В качестве исходных реагентов использовались гидрокарбонаты, карбонаты и оксиды следующих квалификаций NaHCO3 - «чда», KHCO3 - «ч», Nb2O5 - «NbO-пТ», CdO - «хч», где «чда» - чистый для анализа, «ч» - чистый, «NbO-пТ» - оксид Nb2O5 для пьезотехники, «хч» - химически чистый;
- производится помол - смешивание исходных реагентов;
- механическая смесь исходных реагентов подвергается двукратному синтезу при Т синт.1=1220 K, τ синт.1=5 час; Т синт.2=1240 K, τ синт.2=10 час, с промежуточным между двумя термообработками дроблением и помолом синтезированного продукта;
- приготавливаются пресс-порошки путём помола и гранулирования образующегося твердого раствора заданной стехиометрии;
- брикетируются синтезированные порошки в виде объемных заготовок диаметром 12 мм и толщиной ~ 2 мм;
- спекаются сбрикетированные заготовки методом горячего прессования на установке УГПЭ-2 [13, стр. 217-219] при Т сп = 1460 K; τ спек= 40 мин; Р = 200 кг/см2 в атмосферообразующей засыпке состава (1-х) Al2O3+х(0,5MnO+0,5MnCO3) c x=5,0 масс. %;
- производится механическая обработка полученных спёков керамики, их металлизация путём нанесения на плоские поверхности предварительно сошлифованных по торцам (до Ø10 мм) и толщине (до 1 мм) образцов серебросодержащей пасты и последующего её вжигания при температуре Т вжиг.=1070 K в течение 0,5 час;
- осуществляется поляризация образцов в полиэтиленсилоксановой жидкости при температуре 420 K в течение 15 мин. в постоянном электрическом поле напряженностью 3,0 кВ/см;
- измеряются электрофизические характеристики в соответствии с ОСТ 11.0444-87 [14]. При этом определяют относительную диэлектрическую проницаемость поляризованных образцов,
Figure 00000003
, (ε 0 - диэлектрическая постоянная), коэффициент электромеханической связи радиальной моды колебаний,
Figure 00000016
, пьезомодуль,
Figure 00000014
, скорость звука,
Figure 00000015
, механическую добротность,
Figure 00000002
, удельное электрическое сопротивление,
Figure 00000001
;
- оценивается механическая прочность керамик. При этом испытания на прочность при сжатии проводятся на образцах различного состава в форме дисков диаметром от 10 мм до 12 мм. Нагружение дисков производится пуансоном диаметром 5 мм при фиксации их на ровном основании камеры. Нагружение производится на специальной испытательной машине марки SHIMADZU. За величину прочности принимаются сжимающие напряжения в момент разрушения образца, фиксируемые скачкообразным увеличением деформации образца, а в некоторых случаях - появлением раскалывания (фрагментирования) [15, стр. 72-89].
При получении других составов засыпки выполняются все вышеописанные технологические приемы (пример 1) и изменяется только количественный состав атмосферообразующей засыпки (1-х)Al2O3+х(0,5MnO+0,5MnCO3).
Пример 2 (№ 6 табл. 1): 90,0 масс.%. Al2O3 + 10,0 масс.% (0,5MnO+0,5MnCO3).
Пример 3 (№ 7 табл. 1): 85,0 масс.%. Al2O3 + 15,0 масс.% (0,5MnO+0,5MnCO3).
Пример 4 (№ 8 табл. 1): 82,5 масс.%. Al2O3 + 17,5 масс.% (0,5MnO+0,5MnCO3).
Пример 5 (№ 9 табл. 1): 80,0 масс.%. Al2O3 + 20,0 масс.% (0,5MnO+0,5MnCO3).
Пример 6 (№ 10 табл. 1): 75,0 масс.%. Al2O3 + 25,0 масс.% (0,5MnO+0,5MnCO3).
Пример 7 (№ 11 табл. 1): 70,0 масс.%. Al2O3 + 30,0 масс.% (0,5MnO+0,5MnCO3).
Пример 8 (№ 3 табл. 2): (80,0÷85,0) масс.%. Al2O3 + (15÷20,0 масс.% (0,5MnO + 0,5MnCO3) (состав атмосферообразующей засыпки для НМ вида (Na,Li)NbO3).
Как видно из табл. 1 (№№ 7-9) только использование предлагаемой засыпки с (15÷20) масс.% MnO и MnCO3, взятыми в равных количествах, позволяет существенно снизить Т сп. (1310÷1320 K) и повысить σ (245÷353 кг/см2) и
Figure 00000002
(1270÷1340) НМ по сравнению с прототипом при сохранении присущего ему комплекса пьезоэлектрических характеристик (
Figure 00000016
= 0,147÷0,152;
Figure 00000014
=(8,1÷8,6) пКл/Н) и удельного электрического сопротивления (
Figure 00000001
= (5,6÷6,3)⋅1012 Ом⋅см). Введение добавок в меньших (менее 15 масс. %, №№ 5, 6 табл. 1) и больших (более 20 масс. %, №№ 10, 11 табл.1) количествах в засыпку из Al2O3 не приводит к желаемому результату. Более того, при запредельных концентрациях MnO+MnCO3 (более 20 масс. %) резко снижается удельное электрическое сопротивление (
Figure 00000001
) материала и ухудшаются показатели его пьезоэлектрической активности (
Figure 00000016
,
Figure 00000014
).
В табл. 2 приведены основные электрофизические и механические характеристики СПКМ на основе ниобата натрия вида (Na, Li)NbO3, полученного горячим прессованием с использованием известных засыпок и предлагаемой нами в настоящей заявке. Видно, что и в этом случае (№ 3 табл. 2) происходит снижение Т сп (1200÷1220 K), повышение σ (250÷320 кг/см2) и
Figure 00000002
(1200÷1280) по сравнению с прототипом при сохранении исходного уровня электрофизических свойств (
Figure 00000003
=130÷135,
Figure 00000001
=3⋅1012 Ом⋅см;
Figure 00000016
=0,23÷0,23,
Figure 00000014
= (35÷45) пКл/Н;
Figure 00000015
= (5,8÷5,9) км/с). (Параметры σ,
Figure 00000002
,
Figure 00000014
- определены в процессе подготовки настоящей заявки).
Таким образом, положительный эффект (снижение Т сп., повышение σ и
Figure 00000002
при сохранении исходного уровня электрофизических свойств (диэлектрических -
Figure 00000003
,
Figure 00000001
; пьезоэлектрических -
Figure 00000016
,
Figure 00000014
; сегнетоэластических -
Figure 00000015
) обеспечивается качественно-количественным составом предлагаемой засыпки, которая в предлагаемом изобретении одновременно выполняет две функции - среды, передающей давление на керамическую заготовку, и атмосферообразователя. Следует заметить, что особенности спекания материалов методом ГП, при котором образцы находятся под давлением в замкнутом объёме, благоприятствуют «мягкому» восстановлению, благодаря чему даже в области глубокого восстановления (при больших концентрациях добавок) не наблюдается разложения образцов. Но при этом может происходить химическое взаимодействие между спекаемым материалом и засыпкой, что приводит к образованию поверхностного слоя, по свойствам отличающегося от свойств основной массы материала. Учитывая неконтролируемость состава и неопределённость свойств этого слоя, необходимо увеличение объёма механической обработки изделий, что, в свою очередь, способствует повышению расхода спекаемого материала. Другим негативным явлением, наблюдающимся при введении в Al2O3 более 20 масс.% добавок (0,5MnO+0,5MnCO3), является взаимодействие засыпки с материалом матрицы (пресс-формы), в которой располагается образец. Это препятствует извлечению образца из пресс-формы по окончании цикла ГП. Образование при повышенных содержаниях MnO и MnCO3 в Al2O3 поверхностного слоя за счёт взаимодействий типа материал заготовки - засыпка, засыпка - материал матрицы (пресс-формы) способствует и появлению в прессуемой заготовке значительных механических напряжений из-за взаимного отличия коэффициентов термического расширения, КТР, материала заготовки и образующегося поверхностного слоя, приводящих к нарушению сплошности (деструкции) изделий.
Всё это, а также тот факт, что при содержании MnO более 20 масс. % в засыпке из Al2O3 в результате твердофазной химической реакции может образовываться соединение MnAl2O4 [16, стр. 3, 8] (см. фиг. 3), делает нецелесообразным увеличение концентрации вводимых добавок сверх указанных пределов. Фазовая диаграмма (фиг. 1) вида Al2O3 - MnO ([16, стр. 8]) получена на дифрактометре XRD-6000 фирмы “Shimandzu” в λ-Co-излучении ([16, стр. 3]).
Снижение Т сп. материала при использовании предлагаемой засыпки способствует повышению надёжности и долговечности технологического инструментария, в частности, деталей пресс-форм из жаропрочных и жаростойких сталей, применяемых в практике ГП; надёжному сохранению полученного уровня свойств за счёт стабилизации стехиометрии заданного состава при меньшей возгонке ионов в области пониженных Т сп. и уменьшению, в связи с этим, брака готовой продукции; снижению энергоёмкости технологического процесса, а, значит, его удешевлению.
Повышение механической прочности и механической добротности материала делает возможным его надёжное использование в устройствах электронной техники, испытывающих критические внешние воздействия (термические, полевые, барические). Кроме того, высокая
Figure 00000017
определяет высокую эффективность электромеханических преобразователей на его основе за счет низких потерь на внутреннее трение, 1/
Figure 00000017
.
Источники информации
Окадзаки К. Технология керамических диэлектриков. Пер. с японск. М.: «Энергия», 1976. - 336 с. (стр. 217-227).
Панич А.Е., Куприянов М.Ф. Физика и технология сегнетокерамики. Ростов-на-Дону: Изд-во Ростовского университета, 1989. - 178 с. (стр. 81-85).
Бондаренко Е.И., Комаров В.Д., Резниченко Л.А., Чернышков В.А. Саморазрушение сегнетокерамики // ЖТФ. 1988. Т. 58. № 9. С. 1771-1774.
Zi-de Yu, Xiao-ming Chen, Yu-long Su, Han-li Lian, Jiang-bo Lu, Jian-ping Zhou&Peng Liu. Hot-press sintering K0.5Na0.5NbO3-0.5 mol% Al2O3 ceramics with enhanced ferroelectric and piezoelectric properties // Journal of Materials Science. 2019. V. 54. P. 13457-13466.
Hongliang Du,Fusheng Tang, Fa Luo, Dongmei Zhu, Shaobo Qu, Zhibin Pei, Wanchen Zhou.Influence of sintering temperature on piezoelectric properties of (K0.5Na0.5)NbO3-LiNbO3lead-free piezoelectric ceramics //Materials Research Bulletin. 2007. V. 42, No. 9. P. 1594-1601.
Ronald J. Brandmayr, Eatontown N.J., Arthur E. Brown, Florence S.C. and Sam Di Vita and Robert J. Ficher, West Long Branch, NJ. Method of Hot-pressing ceramic ferroelectric materials // Patent US № 2990602. 1959.
Греков А.А., Новиков М.С., Сукиязов А.Г., Сыркин Л.Н., Татаренко Л.Н., Чехунова Н.П. Способ получения керамики // А.с. № 436804 по заявке № 1730383/29-9 (приоритет). М.Кл.2 СО4в 35/00. Опубл. 25.07.1974. Бюл. № 27. Дата опубл. описания 25.12.1974.
Фридлидер Г.М., Балкевич В.Л. Горячее прессование пьезокерамики системы ЦТС // Сб-к трудов Моск. хим.-техн. ин-та им. Д.И. Менделеева. М., 1973. Вып. 76. С. 62-64.
Scholder R., Räde D., Schwazz H. // Z. Anorg. Allg. Chem. 1968. Bd. 362. № 3-4. P. 149-168.
Mestres L., Martinez-Sarrion M.L., Castano O., and Fernandez-Urban J. Phase diagram at low temperature of the system ZrO2/Nb2O5 // Z. Anorg. Allg. Chem. 2001. Bd. 627. P. 294-298.
SU 857075, М.кл.3 C04B 35/00, опубл. 25.02.81 -прототип.
RU 2498960 МПК СО4В 35/495 (2006.01). опубл. 20.11.2013.
Фесенко Е.Г. Семейство перовскита и сегнетоэлектричество. М.: Атомиздат, 1972. - 248 с. (с. 217-221).
ОСТ 11 0444-87. Материалы пьезокерамические. Технические условия. Введен. 01.01.88.-140 c.
Зацаринный В.П. Прочность пьезокерамики. Ростов-на-Дону: Изд-во Ростовского университета. 1978. - 206 с. (стр. 72-89).
АунгЧжо Мо. Композиционная керамика на основе электроплавленного корунда с эвтектическими добавками в системах Al2O3 - TiO2 – MnO; Al2O3 - MgO – MnO; Al2O3 - MgO - SiO2; Al2O3 - SiO2 - TiO2 // Автореферат дисс … канд. техн. наук. М. 2020. Российский химико-технологический университет (РХТУ) им. Д.И. Менделеева. - 16 с. (стр. 3, 8).
Таблица 1. Основные электрофизические и механические характеристики СПКМ на основе ниобата натрия вида (Na,K,Cd0.5)NbO3, полученного традиционным способом (ОКТ) и горячим прессованием с разными засыпками.
№№
п/п
Состав засыпки, метод спекания Тсп.,K Механические, диэлектрические и пьезоэлектрические характеристики опытного материала
σ, кг/см2
Figure 00000002
Figure 00000003
0
Figure 00000016
Figure 00000014
, пКл/Н
Figure 00000015
, км/с
Figure 00000001
, Ом∙см
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
1 Без засыпки, ОКТ 1460 154 1090 1700 0,150 8,0 4,45 5,0·1012
2 Al2O3, ГП 1460 157 1100 1720 0,170 9,0 4,51 4,5·1012
3 Al2O3+ FeO 1420 163 1050 1570 0,150 8,2 4,42 3,0·1011
4 Al2O3+ SrCO3 1420 182 1080 1520 0,140 7,9 4,43 5,0·1011
5 (1-х)Al2O3+ x(0,5MnO+0,5MnCO3)
х=5,0 масс.%
1460 142 1090 1490 0,135 7,5 4,40 5,5·1011
6 х=10,0 масс.% 1450 147 1100 1400 0,135 7,4 4,40 5,7·1011
7 х=15,0 масс.% 1310 245 1270 1690 0,147 8,1 4,46 5,6·1012
8 х=17,5 масс.% 1310 353 1320 1700 0,150 8,4 4,45 6,3·1012
9 х=20,0 масс.% 1320 286 1340 1700 0,152 8,6 4,48 6,0·1012
10 х=25,0 масс.% 1380 150 1300 1620 0,130 7,9 4,30 5,4·1011
11 х=30,0 масс.% 1400 138 1000 1540 0,124 7,8 4,30 5,1·1011
Таблица 2. Основные электрофизические и механические характеристики СПКМ на основе ниобата натрия вида (Na,Li)NbO3, полученного горячим прессованием с использованием состава засыпки Al2O3: 70 – 90; FeO или карбонат стронция SrCO3: 10 - 30 (прототипа) и заявляемого состава засыпки: Al2O3 - 80÷85, MnO - 7,5÷10,0, MnCO3 - 7,5÷10,0 (в масс. %).
№№
п/п
Состав засыпок Тсп.,K Механические, диэлектрические и пьезоэлектрические характеристики СПКМ
σ, кг/см2
Figure 00000002
Figure 00000003
Figure 00000016
Figure 00000014
, пКл/Н
V1 E, км/с
Figure 00000001
, Ом∙см
1 Al2O3+ FeO 1270÷1300 150÷
152
1000÷1030 120 0,17÷
0,18
30÷35 5,8÷5,9 5∙1011
2 Al2O3+ SrCO3 1250÷1310 145÷
154
1020÷1050 130 0,17÷
0,19
32÷40 5,5÷5,7 4∙1011-8∙1011
3 (1-х)Al2O3+ x(0,5MnO+0,5MnCO3)
х=(15,0÷20,0) масс.%
1200÷1220 250÷
320
1200÷1280 130÷
135
0,20÷
0,23
35÷45 5,8÷5,9 3∙1012

Claims (1)

  1. Состав засыпки для спекания сегнетоэлектрического пьезокерамического материала на основе ниобата натрия, включающий Al2O3 и добавку, отличающийся тем, что в качестве добавки он содержит порошкообразные закись марганца MnO и карбонат марганца MnCO3, при следующем соотношении исходных компонентов, масс. %: Al2O3 – 80-85; MnO – 7,5-10,0; MnCO3 – 7,5-10,0.
RU2021128074A 2021-09-24 2021-09-24 Состав засыпки для спекания сегнетопьезоэлектрического керамического материала на основе ниобата натрия RU2767817C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021128074A RU2767817C1 (ru) 2021-09-24 2021-09-24 Состав засыпки для спекания сегнетопьезоэлектрического керамического материала на основе ниобата натрия

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021128074A RU2767817C1 (ru) 2021-09-24 2021-09-24 Состав засыпки для спекания сегнетопьезоэлектрического керамического материала на основе ниобата натрия

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2767817C1 true RU2767817C1 (ru) 2022-03-22

Family

ID=80819338

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2021128074A RU2767817C1 (ru) 2021-09-24 2021-09-24 Состав засыпки для спекания сегнетопьезоэлектрического керамического материала на основе ниобата натрия

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2767817C1 (ru)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU857075A1 (ru) * 1979-11-06 1981-08-23 Ростовский Ордена Трудового Красного Знамени Государственный Университет Состав засыпки дл спекани сегнетопьезо-электрической керамики
RU2555847C1 (ru) * 2014-04-18 2015-07-10 Общество с ограниченной ответственностью "ПьезоТех" (ООО "ПьезоТех") Способ получения пьезокерамических материалов на основе твердых растворов ниобатов калия-натрия
CN106116575A (zh) * 2016-06-20 2016-11-16 陕西师范大学 一种高d33亚微米级Al3+掺杂铌酸钾钠无铅压电陶瓷的热压烧结方法
EP3660183A1 (en) * 2018-03-01 2020-06-03 JX Nippon Mining & Metals Corporation Potassium sodium niobate sputtering target and method for producing same
RU2725358C1 (ru) * 2019-09-09 2020-07-02 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Южный федеральный университет" Способ получения керамических материалов на основе сложных оксидов АВО3

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU857075A1 (ru) * 1979-11-06 1981-08-23 Ростовский Ордена Трудового Красного Знамени Государственный Университет Состав засыпки дл спекани сегнетопьезо-электрической керамики
RU2555847C1 (ru) * 2014-04-18 2015-07-10 Общество с ограниченной ответственностью "ПьезоТех" (ООО "ПьезоТех") Способ получения пьезокерамических материалов на основе твердых растворов ниобатов калия-натрия
CN106116575A (zh) * 2016-06-20 2016-11-16 陕西师范大学 一种高d33亚微米级Al3+掺杂铌酸钾钠无铅压电陶瓷的热压烧结方法
EP3660183A1 (en) * 2018-03-01 2020-06-03 JX Nippon Mining & Metals Corporation Potassium sodium niobate sputtering target and method for producing same
RU2725358C1 (ru) * 2019-09-09 2020-07-02 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Южный федеральный университет" Способ получения керамических материалов на основе сложных оксидов АВО3

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Ramam et al. Ferroelectric and piezoelectric properties of Ba modified lead zirconium titanate ceramics
JP4491537B2 (ja) ペロブスカイト固溶体組成物およびこのものから得られる圧電セラミックス
CN103636018A (zh) 压电材料
EP2610233B1 (en) Piezoelectric ceramic and piezoelectric device
CN111908917A (zh) 一种锆酸铋钠锶掺杂铌酸钾钠基压电陶瓷材料及其制备方法
CN109970443B (zh) 一种铷、铈共掺杂铌酸铋钙基高温压电陶瓷及其制备方法
RU2767817C1 (ru) Состав засыпки для спекания сегнетопьезоэлектрического керамического материала на основе ниобата натрия
CN1298672C (zh) 钛酸铋钠-钛酸铋钾-锆钛酸钡无铅压电陶瓷
KR101681386B1 (ko) 무연 압전 세라믹 조성물 및 이의 제조방법
Wang et al. Properties of spark plasma sintered pseudocubic BiFeO3–BaTiO3 ceramics
Hayashi et al. Enhancement of piezoelectric properties of low-temperature-fabricated Pb (Mg1/3Nb2/3) O3-PbZrO3-PbTiO3 ceramics with LiBiO2 sintering aid by post-annealing process
Jin et al. Piezoelectric Properties of 0.2 [Pb (Mg 1/3 Nb 2/3)]-0.8 [PbTiO 3-PbZrO 3] Ceramics Sintered at a Low Temperature with the Aid of Li 2 O
RU2663223C1 (ru) Способ получения пьезокерамического материала
SU857075A1 (ru) Состав засыпки дл спекани сегнетопьезо-электрической керамики
RU2712083C1 (ru) Пьезоэлектрический керамический материал на основе метаниобата лития
Fang et al. Characterization and dielectric properties of Sr 4 La 2 Ti 4 M 6 O 30 (M= Nb, Ta) ceramics
WO2023032412A1 (ja) ペロブスカイト型セラミックス成形体及びその製造方法
CN116082033B (zh) 基于钛酸钡基制冷陶瓷的制备方法及电卡材料
Bąk et al. Alternative, direct synthesis method of the ceramic solid solutions based on BaTiO3 through a high energy ball milling
CN115340375B (zh) 一种宽温谱钛酸铋钠-钛酸钡基铁电陶瓷电介质材料及其制备方法和应用
Koduri et al. Ferroelectric and piezoelectric properties of Ag modified PMN-PZT solid solutions
JPH0264015A (ja) 圧電素子材料及びその製造方法
EP4397641A1 (en) Perovskite-type ceramic compact and method for manufacturing same
Bahanurddin et al. Effect of Different Compaction Pressure and Different Sintering Route on K0. 5Na0. 5NbO3 Physical and Dielectric Properties
CN101475375A (zh) Sb2O3掺杂的ZnOw/PZT双相压电复合陶瓷及其制备方法