Диссертация (Получение и электрофизические исследования новых высокотемпературных пьезоэлектрических твердых растворов и компонент с перовскитоподобными структурами), страница 12

Усиленный электрометром сигнал, пропорциональ-68ный пироэлектрическому току, а также сигнал с термопары, измеряющей температуру образца, подаются через интерфейсную плату на персональный компьютер.2.9. Исследование петель диэлектрического гистерезисаИзмерения петель диэлектрического гистерезиса проводили методом Сойера – Тауэра с использованием приведенной на рис.

2.5 схемы.Образец соединялся последовательно с интегрирующим конденсаторомбольшой емкости С>>Cобр. Измеряемое напряжение на этом конденсаторе пропорционально заряду Q на образце. Действительно, при последовательном соединении конденсаторов справедливы соотношения Uвх=Uобр+Uс, Qобр=Qс и Qc=Uc·C.Откуда следует, что Qобр=UcC.

С другой стороны P·S=Qобри E=Uобр/d, где S и dплощадь и толщина образца соответственно. С учетом соотношения С>>Cобрможно заменить Uобр на Uвх, так как напряжения на двух последовательно включенных конденсаторах обратно пропорциональны их емкости. Таким образом, измеряемая зависимость Uc(Uобр) и отражает искомую зависимость P(E).Поскольку реальные сегнетоэлектрические материалы обладают конечным омическим сопротивлением, то в напряжение на интегрирующем конденсаторе будет вносить дополнительный вклад ток проводимости, который можетлинейно или нелинейно зависеть от приложенного поля. В случае линейных по полю токов проводимости для их компенсации необходимо сдвинуть фазу измеряемого напряжения с помощью дополнительного переменного сопротивления.Блок схема используемой установки для измерения петель диэлектрического гистерезиса включает в себя источник постоянного высокого напряжения, формирователь изменяющегося напряжения, цифровой запоминающий осциллограф GDS-820С и компьютер (рис.

2.5). Высоковольтный блок питания,созданный на основе источника питания УПУ-1М, может вырабатывать постоянное и переменное напряжение в диапазонах 0-1 кВ, 0-3 кВ и 0-10 кВ с возможностью плавной регулировки напряжения внутри каждого диапазона.69Рис. 2.5. а) Функциональная схема установки для изучения петель диэлектрического гистерезиса. б) Принципиальная схема формирователя напряжения: C1, C2,C3 - конденсаторы емкостью 0,1, 1 и 20 мкФ, А – разрядная схема защиты от перенапряжения, R1 и R2- резисторы делителя 1:1000 (30 Мом и 30 кОм), Rб - резистор защиты, R - опорный резистор 1 кОм, R” - резистор компенсации.Установка может работать в трех режимах: стандартном, или EP-режиме;дифференцирующем, или IP-режиме; режимеполяризации образца (используется постоянное напряжение).

Более подробно схема формирователя представлена на рис2.5, б. В EP-режиме формирователь обеспечивает выработку напряжений X и Y ка-70налов с частотой 50 Гц, пропорциональных напряженности электрического поля E висследуемом образце и его поляризации P, а также согласование их уровней с оптимальным усилением каналов цифрового запоминающего осциллографа. Для этогоиспользуется один из интегрирующих конденсаторов C1, C2, C3 высоковольтной цепи и делитель R1, R2.

IP-режим во многом аналогичен EP-режиму, за исключениемтого, что напряжение канала Y теперь пропорционально dQ/dt, гдеQ – заряд исследуемого образца. В обоих режимах для компенсации проводимости образца, не зависящей от приложенного напряжения, используется переменный резистор R”, включенный в противоположное плечо измерительного моста. Режим поляризации используется для предварительной поляризации образцов. Для защиты высокочувствительных входных цепей осциллографа GDS-820Cот воздействия высокогонапряжения используется цепочка защитный резистор - разрядник Rб-А, которая ограничивает максимальное напряжение X и Y каналов на уровне 20 В.Для автоматизации процесса измерений использовалась программа Free Capture V2.03, которая осуществляла связь между цифровым запоминающим осциллографом GDS-820C и компьютером через интерфейсы RS-232,HPIB или USB.2.10.

Мессбауэровские исследованияИзучение мëссбауэровских спектров (МС) выполняли в геометрии поглощения в области 78 - 296 К с помощью стандартного спектрометра MS 1104 em (разработка НИИ Физики ЮФУ, Ростов-на-Дону), работающего в режиме постоянногоускорения движения источника57Co(Rh) активностью около 5 мКи.

Обработкаспектров проводилась с помощью программ SPECTR и DISTRI, описанных в [125],по методу наименьших квадратов для лоренцевской формы линии. Определениеизомерных сдвигов (IS) спектров проводилось относительно центра спектра эталона -Fe; квадрупольные расщепления (QS) находились как половина расстояниймежду линиями дублета; ширина линии (LW) определялась в лоренцевом приближении. Мёссбауэровские исследования проводили в НИЦ «Курчатовский институт» под руководством В.М. Черепанова.713. Получение и электрофизические исследования керамических образцовтвердых растворов (1-2x)BiScO3·xPbTiO3xPbMg1/3Nb2/3O3, 0,30≤x≤0,46Керамика твердых растворов (1-x)BiScO3·xPbTiO3 (BS-PT) со структурой перовскита, составов близких к морфотропной фазовой границе (МФГ) между ихромбоэдрической и тетрагональной формами (х=0,64), характеризуется пьезомодулями d33~400 пКл/Н, сопоставимыми по величине с пьезомодулями широко используемой пьезокерамики ЦТС [29 - 38].

Температура точки Кюри керамики BSPT (Tc~450oC) превышает Tc ЦТС на ~100оC, что позволяет повысить температурный диапазон ее использования, поэтому ведутся исследования влияния добавокразличных атомов и компонент на свойства керамики BS-PT. Настоящий разделпосвященполучениюиизучениюкерамикитройнойсистемы(1-2x)BS·xPT·xPbMg1/3Nb2/3O3 составов, лежащих вблизи МФГ.3.1. Получение образцовПолучение образцов составов (1-2x)BiScO3·xPbTiO3·xPb(Nb2/3Mg1/3)O3 ((12x)BS·xPT·xPNM), 0,30 ≤ x ≤ 0,46 проводили по обычной керамической технологии.Эти составы находятся на пересекающем линию МФГ сечении BS - [0,5PT·0,5PMN]вблизи морфотропной фазовой границы x=0,40 между ромбоэдрической и тетрагональной формами твердых растворов [37].

Помол-смешивание исходных оксидов, взятых в отвечающих формуле твердых растворов пропорциях, и помол синтезированныхпродуктов проводили с использованием аппарата вихревого слоя, который обеспечивал дисперсность синтезированных порошков, соответствующую внешней удельнойповерхности Ssp, равной 4000 - 6000 см2/г.Первый обжиг гомогенизированных смесей проводили при Ts1= 780-800°С в течение ts1=6 ч. Величина внешней удельной поверхности Ssp синтезированных порошковпосле помола составляла 6300-7200 см2/г. Полусухое прессование цилиндрических заготовок диаметром 14 мм и высотой 10 мм проводили одноосным давлением 700 кг/см2.72Таблица 3.1.

Составы образцов(1−2x)BiScO3·xPbTiO3·xPbMg1/3Nb2/3O3.№Состав образцаTs1oC; t1, часTs2oC, t2, час10,40BiScO3·0,30PbTiO3·0,30PbMg1/3Nb2/3O3.780, 21200, 420,32BiScO3·0,34PbTiO3·0,34PbMg1/3Nb2/3O3.780, 21200, 430,242BiScO3·0,38PbTiO3·0,38PbMg1/3Nb2/3O3.780, 21200, 440,16BiScO3·0,42PbTiO3·0,42PbMg1/3Nb2/3O3.780, 21200, 450,08BiScO3·0,46PbTiO3·0,46PbMg1/3Nb2/3O3.780, 21200, 460,108BiScO3·0,446PbTiO3·0,446PbMg1/3Nb2/3O3.800, 21240, 270,132BiScO3·0,434PbTiO3·0,434PbMg1/3Nb2/3O3.800, 21240, 2При этом в синтезированные порошки вводили связку в виде 5 масс. % пятипроцентного водного раствора ПВС, плюс 1 масс. % глицерина.

Спекание заготовокпроводили в камерной печи в засыпке из смеси оксидов свинца и циркония, содержащей 30 mass.% PbO 30%, при Ts2=1150 -1250°С с выдержкой в течение ts2=1,5 - 4 ч. Оптимальными условиями обжига порошков BS·xPT·xPMN, синтезированных «твердофазным» методом и прошедших интенсивный помол, являются температура 11801200°С, время обжига 1,5-2,0 ч. При этом была получена плотность образцов >95% отрентгеновской. Повышение температуры обжига до 1240°С приводит к заметномуухудшению основных функциональных параметров (d33, d31, ε33Т/ε0, Qмрад). Повидимому, для высокодисперсионых порошков (Sуд>6000 см2/г) оптимальная температура обжига близка к 1200°С.Из спеченных керамических заготовок путем распиливания и шлифования былиполучены таблетки диаметром 10 мм и толщиной 0,5 мм.

На плоские поверхноститаблеток путем вжигания серебросодержащей пасты наносили электроды имеющиеформу 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.Ge 103031130202Ge 220112121012 201120GeGe111002200GeИнтенсивность001100а)800010111073x=0,46x=0,424000x=0,38Ge301310202202Ge012102Ge112112 121002Ge111111Ge011101001x=0,34x=0,30020112010260802, град200б)002120040x=0,46600x=0,42012102002Интенсивность20x=0,380452, град 50Рис.