×
20.05.2015
216.013.4cba

ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ КЕРАМИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к пьезокерамическим материалам и может быть использовано при создании ультразвуковых преобразователей, в частности устройств медицинской диагностики. Пьезокерамический материал на основе системы твердых растворов aNaNbO+bKNbO+cCuNbO (а+b+с=100%) содержит оксиды натрия, калия, ниобия и меди при следующем соотношении компонентов, мас.%: NaO 13,87-14,87; KO 4,24-5,62; NbO 79,32-79,70; CuO 1,19. Технический результат изобретения: материал характеризуется повышенным значением относительной диэлектрической проницаемости , при сохранении достаточно высоких значений механической добротности (Q=1050) и пьезоэлектрических характеристик. Это обусловлено образованием в процессе спекания промежуточных Cu-содержащих соединений с низкой температурой плавления, с которыми связано формирование жидких фаз, способствующих образованию более совершенной микрокристаллической (зеренной) структуры. 2 табл.
Основные результаты: Пьезоэлектрический керамический материал, включающий NaO, KO, NbO, отличающийся тем, что содержит дополнительно CuO при следующем соотношении компонентов, мас.%:NaO 13,87-14,07KO 5,34-5,62NbO 79,32-79,40CuO 1,19илиNaO 14,47-14,87KO 4,24-4,79NbO 79,55-79,70CuO 1,19.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к пьезоэлектрическим керамическим материалам на основе ниобата натрия и может быть использовано в силовых и высокочастотных ультразвуковых устройствах, в частности ультразвуковых пьезодвигателях и промышленных измельчителях.

Для указанных применений пьезоэлектрический керамический материал должен иметь высокие значения механической добротности, Qm, (более 1000), коэффициента электромеханической связи планарной моды колебаний, Kр, (более 0.15), пьезоэлектрического коэффициента d33 (более 50), пьезоэлектрического коэффициента |d31| (более 10), относительной диэлектрической проницаемости, , (от 300 до 500).

Известен пьезоэлектрический керамический материал на основе титаната бария, включающий оксиды ВаО, СаО, TiO2, SnO, ZrO. Материал имеет для лучших составов Qm=1126, |d31|=61.1 пКл/Н [1].

Данный материал имеет низкое значение температуры Кюри (ТС=110°C), что делает его малопригодным для указанных применений.

Известен пьезоэлектрический керамический материал на основе ниобата натрия, включающий карбонаты Na2CO3, K2CO3, Li2CO3 и оксиды Nb2O5, Bi2O3, TiO2. Материал имеет для лучших составов , d33=80 пКл/Н, Kр=0.24,2, Qm=88 [2].

Для указанных применений материал имеет слишком низкие значения Qm.

Известен пьезоэлектрический керамический материал на основе ниобата натрия, включающий оксиды K2O, Na2O, Nb2O5, CdO. Материал имеет , Кр=0.12, |d31|=28 пКл/Н, Qm=1000 [3].

Для указанных применений материал имеет недостаточно высокие значения Кр и слишком большую величину .

Наиболее близким к заявляемому материалу по технической сущности и достигаемому результату является пьезоэлектрический керамический материал на основе ниобата натрия, включающий карбонаты Na2CO3, K2CO3 и оксиды Nb2O5, CuO. Материал имеет Qm=1408.2, |d31|=29.2 пКл/Н, d33=96.2 пКл/Н, Kр=0.389, [4] (прототип).

Для указанных применений материал имеет недостаточно высокие значения и слишком большую величину Qm.

Задачей изобретения является повышение значений относительной диэлектрической проницаемости до при сохранении достаточно высоких значений Qm, Kр, d33, |d31|. При этом материал должен быть получен по обычной керамической технологии, допускающей его массовое производство.

Указанные результаты достигаются тем, что пьезоэлектрический керамический материал на основе ниобата натрия, включающий Na2O, K2O, Nb2O5, CuO при следующем соотношении компонентов, в масс.%:

Na2O 13.87-14.87

K2O 4.24-5.62

Nb2O5 79.32-79.70

CuO 1.19-1.19.

Состав материала отвечает формуле:

aNaNbO3+bKNbO3+cCuNb2O6, где а=75.00-80.00 (в мол. %), b=15.00-20.00 (в мол. %), с=2.5 (в мол. %), а+b+с=100%.

Введение в материал на основе Na2O, K2O и Nb2O5 оксида меди CuO приводит к образованию в процессе спекания промежуточных Cu-содержащих соединений, в частности, K4CuNb8O23 с низкой температурой плавления (1050°C [5]), с которыми связано формирование жидких фаз, способствующих образованию более совершенной микрокристаллической (зеренной) структуры. При возрастании средних размеров кристаллитов (при формировании более совершенной микрокристаллической структуры) уменьшается площадь межзеренных границ, являющихся центрами пининга доменных стенок. Это способствует росту значения .

В табл.1 приведены значения электрофизических параметров пьезоэлектрического керамического материала в зависимости от состава.

В табл.2 приведены сравнительные электрофизические параметры прототипа и оптимального состава заявляемого пьезоэлектрического керамического материала.

В качестве исходных реагентов использовались оксиды следующих квалификаций: K2O - «ч», Na2O - «ч.д.а.», Nb2O5 - «Нбо-Пт», CuO - «хч».

Пьезоэлектрический керамический материал изготавливается по обычной керамической технологии следующим образом. Синтез осуществляется путем однократного обжига смесей, предварительно полученных ниобатов NaNbO3 и KNbO3 и колумбита CuNb2O6. В качестве исходных реагентов выступали оксиды, мас.%: Na2O 13.87-14.87, K2O 4.24-5.62, Nb2O5 79.32-79.70, CuO 1.19-1.19. Температура обжига Тсинт.=(750-1050)°C, при длительности изотермической выдержке τ=5 ч. Спекание образцов в виде столбиков ⌀12 мм, высотой 15÷18 мм осуществляется при Тсп.=(1050-1130)°C, 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 K 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: относительную диэлектрическую проницаемость поляризованных образцов, пьезомодули - (|d31|) и (d33), коэффициент электромеханической связи планарной моды колебаний (Кр), механическую добротность (Qm).

Полученные экспериментальные данные (табл.1, примеры 2-4) свидетельствуют о том, что пьезоэлектрический керамический материал предлагаемого состава обладает совокупностью электрофизических параметров, отвечающих задаче изобретения ( , d33≥50 пКл/Н, |d31|≥10 пКл/Н, Kр>0.15, Qm>1000). Выход за пределы заявленных концентраций компонентов приводит к значительному снижению целевых параметров, в частности, Qm, и Kр.

Данные, приведенные в табл.2, подтверждают преимущества предлагаемого пьезоэлектрического керамического материала по сравнению с материалом - прототипом, а именно повышение , при сохранении высоких значений Qm, Kр, d33 и |d31|, 1050, 0.17, 50 пКл/Н и 15 пКл/Н, соответственно.

Эффект повышения электрофизических параметров достигается по существу введением в материал, включающий Na2O, K2O и Nb2O5 большего количества оксида меди CuO.

Высокие значения , Qm и Kр материала определяют основное его назначение - использование в силовых и высокочастотных ультразвуковых устройствах, в частности в ультразвуковых пьезодвигателях и промышленных измельчителях.

При условии согласования преобразователя с нагрузкой (Ri=RH) (обычно реализуемое в выпускаемой промышленностью радиоэлектронной аппаратуре выходное сопротивление RH ~ 50 Ом для высоких частот), используя формулу для емкостного сопротивления преобразователя: Ri=1/ωC, где Ri - емкостное сопротивление преобразователя, Ом; ω - круговая частота, Гц; С - емкость, Ф; можно приблизительно оценить интервалы значений емкости С=1/2πfRi для указанных диапазонов частот, а, следовательно, и относительной диэлектрической проницаемости поляризованных элементов, , где k - коэффициент, зависящий от размеров элементов, ε0=8.85·10-12 Ф - диэлектрическая проницаемость вакуума; при k=1, . Таким образом, повышение значения позволяет понизить рабочую частоту целевых ультразвуковых устройств для более эффективного их использования.

Источники информации

1. US 2013/0278681 А1, МПК G02B 27/00, H01l 41/43, H01l 41/047, дата публикации 24.10.2013.

2. CN 102180670 (А), МПК С04В 35/495, С04В 35/622, дата публикации 14.09.2011.

3. RU 2498960, МПК С04В 35/49, дата публикации 20.11.2013.

4. ЕР 1032057(А1), МПК H01L 41/187, дата публикации 23.02.2000.

5. Matsubara М., Yamaguchi Т., Sakamoto W., Kikuta К., Yogo Т., Hirano S.-I. Processing and Piezoelectric Properties of Lead-Free (K, Na) (Nb, Ta) О3 Ceramics // J. Am. Ceram. Soc. 2005. V.88. №5. P.1190-1196.

Таблица 1
Зависимость электрофизических параметров заявляемого пьезоэлектрического керамического материала от концентрации компонентов
№ п/п Состав, масс.% Электрофизические параметры
Na2O K2O Nb2O5 CuO Kp Qm d33, пКл/Н |d31|, пКл/Н
1 13.38 6.31 79.13 1.18 260 0.14 875 45 12
2 13.87 5.62 79.32 1.19 300 0.17 1050 50 13
3 14.37 4.93 79.51 1.19 305 0.17 1045 53 14
4 14.87 4.24 79.7 1.19 300 0.16 1030 50 13
5 15.37 3.53 79.9 1.2 280 0.15 90 35 10

Таблица 2

Пьезоэлектрический керамический материал, включающий NaO, KO, NbO, отличающийся тем, что содержит дополнительно CuO при следующем соотношении компонентов, мас.%:NaO 13,87-14,07KO 5,34-5,62NbO 79,32-79,40CuO 1,19илиNaO 14,47-14,87KO 4,24-4,79NbO 79,55-79,70CuO 1,19.
ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ КЕРАМИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 1-10 из 25.
20.03.2013
№216.012.2f58

Способ получения шпинелей на основе феррита-хромита цинка

Изобретение относится к технологии получения твердых растворов со структурой шпинели на основе ферритов и хромитов переходных элементов и может найти применение в химической промышленности в процессах органического синтеза для производства бутадиена и углеводородов из синтез-газа в качестве...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002477655
Дата охранного документа: 20.03.2013
20.11.2013
№216.012.8202

Пьезоэлектрический керамический материал

Изобретение относится к пьезоэлектрическим керамическим материалам и может быть использовано в низкочастотных приемных устройствах, гидрофонах, сонарах, работающих в гидростатическом режиме, акустических приемниках, датчиках давления. Состав материала, мас.%: PbO 69,39-69,68, NbO 17,98-19,28,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002498958
Дата охранного документа: 20.11.2013
20.11.2013
№216.012.8203

Пьезоэлектрический керамический материал

Изобретение относится к производству пьезоэлектрических керамических материалов и может быть использовано для создания высокочастотных электромеханических преобразователей, применяемых, в частности, в ультразвуковых линиях задержки (эксплуатируемых в частотном диапазоне (20÷30) мГц),...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002498959
Дата охранного документа: 20.11.2013
20.11.2013
№216.012.8204

Пьезоэлектрический керамический материал

Изобретение относится к пьезоэлектрическим керамическим материалам на основе ниобата натрия и может быть использовано для создания низкочастотных приемных устройств - гидрофонов, микрофонов, гидроприемников, а также для создания низкочастотных электромеханических преобразователей, возбуждающих...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002498960
Дата охранного документа: 20.11.2013
20.11.2013
№216.012.8205

Пьезоэлектрический керамический материал

Изобретение относится к пьезоэлектрическим керамическим материалам на основе ниобатов натрия-калия и может быть использовано в среднечастотных радиоэлектронных устройствах, работающих в режиме приема, в том числе в трансдукторах ультразвуковых передатчиков. Техническим результатом изобретения...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002498961
Дата охранного документа: 20.11.2013
10.06.2014
№216.012.ceea

Средство, ингибирующее na+/h+-обмен, и галогениды 1-диалкиламиноэтил-3-[замещенный(дизамещенный) фенацил]-2-аминобензимидазолия

Изобретение относится к области фармацевтики и медицины и касается применения галогенидов 1,3-дизамещенных 2-аминобензимидазолия, общей формулы I в качестве ингибиторов Na/H-обмена, а также новых галогенидов 1,3-дизамещенных 2-аминобензимидазолия. Техническим результатом является повышение...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002518741
Дата охранного документа: 10.06.2014
27.06.2014
№216.012.d88b

Средство, обладающее кардиотонической активностью

Изобретение относится к фармакологии, а именно к применению бромида 2-бензил-1-морфолиноэтил-3-пивалоилметилбензимидазолия формулы I в качестве кардиотонического активного соединения, в том числе для изготовления кардиотонического средства. Заявленное изобретение обеспечивает повышение...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002521213
Дата охранного документа: 27.06.2014
10.11.2014
№216.013.048f

Многослойное электролюминесцентное устройство

Изобретение относится к области электролюминесцентных устройств - органических светоизлучающих диодов, применяемых в качестве эффективных и высокоэкономичных твердотельных источников освещения. Электролюминесцентное устройство включает дырочно-инжектирующий слой, дырочно-транспортный слой,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002532565
Дата охранного документа: 10.11.2014
10.11.2014
№216.013.04d3

Способ получения 1,2-ди(1н-бензимидазолил-2)-1,3-диалкилгуанидинов

Изобретение относится к способу получения 1,2-ди(1H-бензимидазолил-2)-1,3-диалкилгуанидинов общей формулы I, где R = алкил C-C, заключающемуся во взаимодействии 3-алкил-1,2,4-триазоло[1,5-a]бензимидазола с бутилмагнийбромидом в апротонном растворителе в инертной атмосфере. Технический...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002532633
Дата охранного документа: 10.11.2014
10.11.2014
№216.013.04dc

Цинковые и кадмиевые комплексы тетрадентатных азометинов 2-тозиламинобензальдегида, обладающие люминесцентной активностью

Изобретение относится к новым металлохелатам, а именно к комплексам цинка и кадмия тетрадентатных азометинов 2-тозиламинобензальдегида и диоксидиаминов формулы I I где m=2-4, n=2-4, M=Zn, Cd. Металлокомплексные соединения проявляют фотолюминесцентные свойства в синей области спектра и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002532642
Дата охранного документа: 10.11.2014
Показаны записи 1-10 из 37.
20.11.2013
№216.012.8202

Пьезоэлектрический керамический материал

Изобретение относится к пьезоэлектрическим керамическим материалам и может быть использовано в низкочастотных приемных устройствах, гидрофонах, сонарах, работающих в гидростатическом режиме, акустических приемниках, датчиках давления. Состав материала, мас.%: PbO 69,39-69,68, NbO 17,98-19,28,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002498958
Дата охранного документа: 20.11.2013
20.11.2013
№216.012.8203

Пьезоэлектрический керамический материал

Изобретение относится к производству пьезоэлектрических керамических материалов и может быть использовано для создания высокочастотных электромеханических преобразователей, применяемых, в частности, в ультразвуковых линиях задержки (эксплуатируемых в частотном диапазоне (20÷30) мГц),...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002498959
Дата охранного документа: 20.11.2013
20.11.2013
№216.012.8204

Пьезоэлектрический керамический материал

Изобретение относится к пьезоэлектрическим керамическим материалам на основе ниобата натрия и может быть использовано для создания низкочастотных приемных устройств - гидрофонов, микрофонов, гидроприемников, а также для создания низкочастотных электромеханических преобразователей, возбуждающих...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002498960
Дата охранного документа: 20.11.2013
20.11.2013
№216.012.8205

Пьезоэлектрический керамический материал

Изобретение относится к пьезоэлектрическим керамическим материалам на основе ниобатов натрия-калия и может быть использовано в среднечастотных радиоэлектронных устройствах, работающих в режиме приема, в том числе в трансдукторах ультразвуковых передатчиков. Техническим результатом изобретения...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002498961
Дата охранного документа: 20.11.2013
10.06.2014
№216.012.ceea

Средство, ингибирующее na+/h+-обмен, и галогениды 1-диалкиламиноэтил-3-[замещенный(дизамещенный) фенацил]-2-аминобензимидазолия

Изобретение относится к области фармацевтики и медицины и касается применения галогенидов 1,3-дизамещенных 2-аминобензимидазолия, общей формулы I в качестве ингибиторов Na/H-обмена, а также новых галогенидов 1,3-дизамещенных 2-аминобензимидазолия. Техническим результатом является повышение...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002518741
Дата охранного документа: 10.06.2014
27.06.2014
№216.012.d88b

Средство, обладающее кардиотонической активностью

Изобретение относится к фармакологии, а именно к применению бромида 2-бензил-1-морфолиноэтил-3-пивалоилметилбензимидазолия формулы I в качестве кардиотонического активного соединения, в том числе для изготовления кардиотонического средства. Заявленное изобретение обеспечивает повышение...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002521213
Дата охранного документа: 27.06.2014
10.11.2014
№216.013.048f

Многослойное электролюминесцентное устройство

Изобретение относится к области электролюминесцентных устройств - органических светоизлучающих диодов, применяемых в качестве эффективных и высокоэкономичных твердотельных источников освещения. Электролюминесцентное устройство включает дырочно-инжектирующий слой, дырочно-транспортный слой,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002532565
Дата охранного документа: 10.11.2014
10.11.2014
№216.013.04d3

Способ получения 1,2-ди(1н-бензимидазолил-2)-1,3-диалкилгуанидинов

Изобретение относится к способу получения 1,2-ди(1H-бензимидазолил-2)-1,3-диалкилгуанидинов общей формулы I, где R = алкил C-C, заключающемуся во взаимодействии 3-алкил-1,2,4-триазоло[1,5-a]бензимидазола с бутилмагнийбромидом в апротонном растворителе в инертной атмосфере. Технический...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002532633
Дата охранного документа: 10.11.2014
10.11.2014
№216.013.04dc

Цинковые и кадмиевые комплексы тетрадентатных азометинов 2-тозиламинобензальдегида, обладающие люминесцентной активностью

Изобретение относится к новым металлохелатам, а именно к комплексам цинка и кадмия тетрадентатных азометинов 2-тозиламинобензальдегида и диоксидиаминов формулы I I где m=2-4, n=2-4, M=Zn, Cd. Металлокомплексные соединения проявляют фотолюминесцентные свойства в синей области спектра и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002532642
Дата охранного документа: 10.11.2014
20.11.2014
№216.013.05df

Цинковые комплексы 5-[2-гидрокси(тозиламино)бензилиденамино]-2-(2-тозиламинофенил)-1алкилбензимидазолов, обладающие фотолюминесцентной активностью

Изобретение относится к цинковым комплексам 5-[2-гидрокси(тозиламино)бензилиденамино]-2-(2-тозиламинофенил)-1-алкилбензимидазолов общей формулы Соединения I проявляют люминесцентные свойства и могут быть использованы в качестве люминофоров для получения светоизлучающих органических диодов...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002532904
Дата охранного документа: 20.11.2014
+ добавить свой РИД