Результат интеллектуальной деятельности: МАТЕРИАЛ ДЛЯ ЭЛЕКТРОСТРИКТОРА

Изобретение относится к области создания электромеханических изделий и ультразвуковых излучателей.

Из уровня техники [патент RU 2130000 С1, опубл. 10.05.1999] известен электрострикционный материал, включающий PbO, MgO, Nb₂O₅, TiO₂ и дополнительно содержащий La₂O₃. Данное техническое решение выбрано в качестве ближайшего аналога (прототипа) настоящего изобретения.

Указанный материал, обладая хорошими электрострикционными свойствами S_II (10 кВ/см) - (1,00-1,25)×10^-3, имеет при этом довольно большую диэлектрическую проницаемость ε_r - 14000-16000, что не всегда приемлемо, в частности, для ультразвуковых излучателей.

Техническим результатом настоящего изобретения является понижение диэлектрической проницаемости при сохранении хорошей электрострикционной деформации.

Указанный технический результат достигается за счет того, что материал для электростриктора на основе твердых растворов, включающий PbO, MgO, Nb₂O₅ и TiO₂, дополнительно содержит оксиды Bi₂O₃ и Sc₂O₃, при этом указанный материал имеет состав (1-2x)BiScO₃⋅xPbTiO₃⋅xPb(Nb_2/3Mg_1/3)O₃ при х=0,42.

Приготовление состава материала проводили по обычной керамической технологии. Эти составы находятся на пересекающем линию морфотропной фазовой границы сечении BS - [0,5PT⋅0,5PMN] вблизи морфотропной фазовой границы х=0,40 между ромбоэдрической и тетрагональной формами твердых растворов. Помол-смешивание исходных оксидов, взятых в отвечающих формуле твердых растворов пропорциях, и помол синтезированных продуктов проводили с использованием аппарата вихревого слоя, который обеспечивал дисперсность синтезированных порошков, соответствующую внешней удельной поверхности S_sp, равной 4000-6000 см²/г.

Первый обжиг гомогенизированных смесей проводили при T_s1 = 780-800°С в течение t_s1 = 6 ч. Величина внешней удельной поверхности S_sp синтезированных порошков после помола составляла 6300-7200 см²/г. Полусухое прессование цилиндрических заготовок диаметром 14 мм и высотой 10 мм проводили одноосным давлением 700 кг/см².

При этом в синтезированные порошки вводили связку в виде 5 мас. % пятипроцентного водного раствора поливинилового спирта плюс 1 мас. % глицерина. Спекание заготовок проводили в камерной печи в засыпке из смеси оксидов свинца и циркония, содержащей 30 мас. % PbO, при T_s2 = 1150-1250°С с выдержкой в течение t_s2 = 1,5-4 ч. Оптимальными условиями обжига порошков BS⋅xPT⋅xPMN, синтезированных «твердофазным» методом и прошедших интенсивный помол, являются температура 1180-1200°С и время обжига 1,5-2,0 ч. При этом была получена плотность образцов >95% от рентгеновской. Повышение температуры обжига до 1240°С приводит к заметному ухудшению основных функциональных параметров. Для высокодисперсных порошков (S_уд > 6000 см²/г) оптимальная температура обжига близка к 1200°С.

Из спеченных керамических заготовок путем распиливания и шлифования были получены таблетки диаметром 10 мм и толщиной 0,5 мм. На плоские поверхности таблеток путем вжигания серебросодержащей пасты наносили электроды, имеющие форму круга диаметром 9 мм. Поляризацию образцов проводили в полиэтилсилоксановой жидкости ПЭС-5 при 100°С с выдержкой 15 минут под электрическим полем напряженностью 25 кВ/см и охлаждением под этим полем до 50-60°С. Электрострикция изготовленных образцов по диаметру при подаче напряжения на электроды показана на фиг. 1, она составила 1×10^-3 при 10 кВ/см. Зависимость диэлектрической проницаемости от температуры показана на фиг. 2, и в среднем она имеет значение ε = 1000.