RU1688754C

RU1688754C - Process of manufacture of multilayer piezoceramic elements

Info

Publication number: RU1688754C
Authority: RU
Inventors: О.А. Губайдулина; М.С. Новиков; Л.А. Петрухина; И.П. Раевский; А.И. Родин; Л.Н. Татаренко; А.М. Прохоров
Original assignee: Научно-исследовательский институт физики при Ростовском государственном университете
Priority date: 1980-06-14
Filing date: 1980-06-14
Publication date: 1994-12-30

Abstract

FIELD: electronics. SUBSTANCE: process of manufacture of piezoceramic elements includes assembly from alternating layers of raw sheet on the basis of piezoactive and electrode (conductive) material and subsequent burning lead zirconate-titanate is used as piezoactive material, cadmium oxide is utilized in the capacity of electrode material. Process enables manufacture to be simplified and expenses to be reduced to avoidance of use of noble metals as electrode material as well as to reduction of burning temperature from 1100-1200 up to 930-1010 C. EFFECT: simplified manufacturing process, reduced cost of piezoceramic elements. 1 tbl

Description

Изобретение относится к пьезотехнике и может быть использовано при изготовлении многослойных пьезокерамических элементов для электронной техники. The invention relates to piezoelectric technology and can be used in the manufacture of multilayer piezoelectric ceramic elements for electronic equipment.

Целью изобретения является удешевление и упрощение технологии. The aim of the invention is the reduction and simplification of technology.

Синтезированный порошок пьезоматериала ЦТС (ПКР-7М) смешивали с полимерным связующим (полимером винил-н-бутилового эфира) в количестве 3 вес.%, причем указанный полимер использовали в виде 5%-ого раствора в органическом растворителе (например, толуоле). The synthesized powder of the PZT piezo-material (RCC-7M) was mixed with a polymer binder (vinyl-n-butyl ether polymer) in an amount of 3 wt.%, Moreover, this polymer was used in the form of a 5% solution in an organic solvent (for example, toluene).

Полученную массу прокатывали между валками для получения сырого листа требуемой толщины (80-250 мкм). Из сырого листа выштамповывали пластины необходимых размера и формы. Аналогично из порошка оксида кадмия (марка чда, содержание CdO 99%) с тем же связующим и в том же соотношении получали сырой лист для приготовления электропроводящих слоев и выштамповывали электродные пластины нужных размера и формы. Затем из полученных пластин, чередуя их, собирали заготовку многослойного пьезокерамического элемента. Четные по порядку укладки электродные пластины смещают к одному краю заготовки, а нечетные - к противоположному. Собранную заготовку спрессовывали при давлении 2,5-3,5 МПа, приложенном в направлении, перпендикулярном плоскости пластин. The resulting mass was rolled between the rollers to obtain a wet sheet of the required thickness (80-250 microns). Stamped plates of the required size and shape were stamped from a crude sheet. Similarly, from a powder of cadmium oxide (grade of chd, 99% CdO content) with the same binder and in the same ratio, a crude sheet was obtained for preparing the electrically conductive layers and stamped electrode plates of the desired size and shape. Then, from the obtained plates, alternating them, a blank of a multilayer piezoelectric ceramic element was assembled. Even in order of stacking, electrode plates are shifted to one edge of the workpiece, and odd ones to the opposite. The assembled preform was pressed at a pressure of 2.5-3.5 MPa applied in a direction perpendicular to the plane of the plates.

Полученную таким способом заготовку подвергали обжигу на подложках из керамики ЦТС. При обжиге полимерное связующее выгорало, а керамические слои спекались, сохраняя заданную первоначальную форму. Далее на противоположные боковые поверхности пьезоэлемента наносили внешние токопроводящие шины, соединяющие между собой соответственно четные или нечетные электродные слои. Способ нанесения шин может быть любым (например, вжиганием электропроводящих слоев при относительно низкой температуре, напылением и т.п.). The preform obtained in this way was calcined on substrates made of PZT ceramic. During firing, the polymer binder burned out, and the ceramic layers were sintered, preserving the given initial shape. Next, on the opposite side surfaces of the piezoelectric element, external conductive busbars were applied, connecting the even or odd electrode layers, respectively. The method of applying tires can be any (for example, burning of electrically conductive layers at a relatively low temperature, spraying, etc.).

Затем многослойный пьезокерамический элемент поляризовали в режиме, обычно используемом для данного пьезоматериала: на воздухе при напряженности поля 20-30 кВ/см и температуре 120^оС в течение 0,5 ч с последующим охлаждением до комнатной температуры под действием поля.Then multilayer piezoelectric element polarized in a mode commonly used for this piezo: in air at a field intensity of 20-30 kV / cm and a temperature of 120 ^{° C} for 0.5 hours followed by cooling to room temperature under the action of the field.

В соответствии с предлагаемым способом были изготовлены образцы многослойных пьезокерамических элементов, содержащие по семь слоев пьезокерамики системы ЦТС (состав ПКР-7М) и по восемь проводящих слоев (электродов). Для сравнения предлагаемого способа с прототипом была изготовлена контрольная группа (10 образцов) с электродами из пластины. Использовали температуру обжига 1150^оС. Остальные образцы (семь групп по 5 шт., всего 35 шт.) изготавливали по предлагаемому способу с электродами из оксида кадмия, причем разные группы подвергали обжигу при отличающихся температурах в диапазоне 920-1020^оС. Время выдержки при максимальной температуре обжига 0,5-1,5 ч. Изменение длительности обжига в этих пределах не оказывало заметного влияния на свойства пьезоэлементов.In accordance with the proposed method, samples of multilayer piezoceramic elements were produced, containing seven layers of a PZT system piezoceramics (PKR-7M composition) and eight conductive layers (electrodes). To compare the proposed method with the prototype, a control group (10 samples) with electrodes from the plate was made. A calcination temperature of 1150 ^C. The remaining samples (seven groups of 5 pcs., A total of 35 pcs.) Was manufactured according to the proposed method with cadmium oxide electrodes, wherein the different groups were fired at different temperatures in the range 920-1020 ° ^C. The holding time at a maximum firing temperature of 0.5-1.5 hours. Changing the firing duration within these limits did not significantly affect the properties of the piezoelectric elements.

У изготовленных образцов измеряли пьезомодуль (квазистатическим методом), диэлектрическую проницаемость и тангенс угла диэлектрических потерь (мостовым методом на частоте 1 кГц). For the fabricated samples, the piezomodule was measured (by the quasistatic method), the dielectric constant, and the dielectric loss tangent (by the bridge method at a frequency of 1 kHz).

Результаты измерений, пересчитанные на один слой, усреднены по группам и сведены в таблицу. The measurement results, recalculated on one layer, are averaged over groups and are tabulated.

Оптимальными свойствами обладают образцы групп 3-7. Эти образцы по своим параметрам (пьезомодуль, диэлектрическая проницаемость) не уступают образцам, изготовленным по известному способу (группа 1), с использованием вожженной платины в качестве материала электродов. У образцов группы 2 наблюдаются понижение значения диэлектрической проницаемости и пьезомодуля, что указывает на ухудшение спекания керамики ЦТС при температуре ниже 930^оС. У образцов группы 8 наблюдается резкое возрастание тангенса угла диэлектрических потерь, что связано с сублимацией CdO и повреждениями внутренних электродов (истончение, растрескивание) при температурах выше 1010^оС. Таким образом, температуры обжига, использованные для получения групп 2,8, являются запредельными.Optimum properties are possessed by samples of groups 3-7. These samples in their parameters (piezoelectric module, dielectric constant) are not inferior to samples made by the known method (group 1), using burnt platinum as the material of the electrodes. The group 2 samples observed lowering the dielectric constant and piezoelectric coefficient, which indicates a deterioration of PZT ceramics sintered at a temperature below 930 ^C. Samples Group 8 there is a sharp increase in dielectric loss tangent, which is associated with sublimation CdO and damages internal electrodes (thinning cracking) at temperatures above 1010 ^about C. Thus, the firing temperatures used to obtain groups of 2.8, are beyond.

Образцы, полученные по предлагаемому способу при температурах обжига в диапазоне 930-1010^оС и времени обжига 0,5-1,5 ч, сохраняют также высокие параметры, как и при использовании платиновых электродов, однако при этом не требуется расходовать драгоценный металл и снижаются энергозатраты вследствие снижения температуры обжига.Samples obtained according to the proposed method with firing temperatures in the range 930-1010 ^{° C} and the firing time of 0.5-1.5 hours, stored parameters as high as when using platinum electrodes, but it is not required to spend precious metal and reduced energy costs due to lower firing temperatures.

Claims

METHOD FOR PRODUCING MULTI-LAYER PIEZO-CERAMIC ELEMENTS of a lead zirconate-titanate system, comprising assembling from alternating layers of piezoceramic and electrically conductive material and firing, characterized in that, in order to reduce the cost and simplify the technology, the electrically conductive layers are carried out from cadmium oxide 30 at 9, ^o C for 0.5-1.5 hours