Разработка методов создания пьезоматериала с повышенной температурной стойкостью для датчиков угловых скоростей

Основным направлением работ по поиску и изготовлению экспериментальных составов является направление повышения пьезоактивности материала при сохранении приемлемых значений добротности и температурной стабильности в материале для изделий с радиальными (планарными) колебаниями.

В системе цирконата-титаната свинца был выбран комплекс добавок, обеспечивающих при больших значениях к_р достаточную «жёскость» материала, стойкость к внешним воздействиям и произведен поиск составов с максимальной температурной стабильностью. Для первой серии опытов за «базовый» был принят состав

O,98∣7⁵Z>_{o 95}Ba_{0 05}(Zr_{0 52}7z_{0 48})θ₃ ]+ 0,02[Cd(BiMn_{ll 4})θ₃ ] + 0,6βec.%PbO

Другие составы отличались от базового на четверть мольного процента в соотношении цирконий/титан. Расчёты шихтовок приведены в таблице 4.4.

Все 5 исследуемых составов, для избегания случайных погрешностей, изготавливались одновременно с использованием сырья одной партий. Для каждого из пяти составов прессовалось не менее 60 заготовок, которые спекались при трёх температурах (1060 ⁰C, 1080 ⁰C, 1100 ⁰C) с разными атмосферообразователями и поляризовались при нескольких режимах. Общее количество изготовленных образцов более 300 шт.

Таблица.4.4 - Расчёт 5-ти кг шихтовок для экспериментальных составов

Обобщенные результаты исследований составов приведены таблице 4.5.

- ООЧ состава 5 не превышает 0,5% в диапазоне температур от минус 60 ⁰C до плюс 60 ⁰C, а в диапазоне температур от минус 20 ⁰C до плюс 85 ⁰C ООЧ не превышает 0,3%;

- 004 состава 4 не превышает 0,5% в диапазоне температур от минус 60 ⁰C до плюс 60 ⁰C;

- значения коэффициента электромеханической связи этих составов находятся на уровне 0,59.

Таблица 4.5 - Результаты исследования составов пьезокерамики для датчиков

Обозначения в таблице:

PbTiO₃, моль % - молярное содержание PbTiO₃■

T - температура спекания, ⁰C ;

p_cn,г/см³ - плотность обожженных заготовок.

εдо - диэлектрическая проницаемость образцов до поляризации и после диэлектрическая проницаемость поляризованных образцов;

εпосле - диэлектрическая проницаемость поляризованных образцов;

f_r- частота резонанса Гц;

f_aГц - частота антирезонанса;

f „ „

— -1 - относительный резонансный промежуток;

fг

k_p- планарный коэффициент электромеханической связи;

Q_m- механическая добротность;

J₃₁, J₃₃- пьезомодули;

tgδ - тангенс угла диэлектрических потерь.

Из проведенных исследований следует, что увеличение мольного процентного содержания PbTiO₃приводит к увеличению коэффициента электромеханической связи (к_р) и диэлектрической проницаемости, тогда как механическая добротность (Q_m)увеличивается при повышении температуры спекания. Согласно проведенным экспериментам, составы 4 и 5 имеют высокие к_р и Q_m,и низкий ООЧ. Таким образом, эти составы являются оптимальными для изготовления датчиков угловых скоростей при режиме спекания заготовки: 1080 ⁰C, в течение 3 часов.

4.3.