Диссертация (1090962), страница 10
Текст из файла (страница 10)
Из-за высокихзначений константпьезодиэлектрических откликов и температуры точки Кюриони являются чрезвычайно востребованнымисовременной промышленностью.Применение такой новой керамики во многих случаях ограничивается ееповышенной проводимостью, недостаточно высокими значениями пьезоэлектрических характеристик, механических свойств. В этой связи важное научноеи прикладное значение имеют исследования модифицирующего влияния добавок различных атомов и компонент на свойства этих систем, направленные наоптимизацию свойств пьезокерамики.Большое значение имеют исследования, направленные на выяснения влиянияобнаруженных в этих системах релаксорных свойств на их диэлектрические, пьезоэлектрические и другие характеристики.
Несмотря на значительный объем известных литературных данных, отсутствуют экспериментальные исследования индуцирования в сегнетоэлектриках- релаксорах на основе этих систем сегнетоэлектрического состояния и, соответственно, и остаются открытыми вопросы о природе проявления в них пьезоэлектрических и диэлектрических свойств.Большой интерес представляют сегнетокерамические системы, прояв-56ляющие одновременно и магнитное упорядочение. Поскольку чистые сегнетомагнитные фазы, как правило, имеют слабо выраженные СЭ свойства и характеризуются повышенной проводимостью, то подходящую сегнетомагнитнуюкерамику можно получить, вводя в перспективные СЭ системы дополнительные сегнетомагнитные компоненты. К таким перспективным для этих целейсегнетомагнитным компонентам можно отнести фазы и твердые растворы соструктурой перовскита – BiFeO3, PbFe2/3W1/3O3, PbFe1/2Nb1/2O3 и т.
п. Для оптимизации их свойств ведутся работы по получению и изучению новых твердыхрастворов на их основе.Данные о концентрационных областях образования твердых растворов всистемах (1–x)PbFe2/3W1/3O3 – PbMn2/3W1/3O3, BiFeO3 и их свойствах в литературе отсутствуют. Получение и изучение твердых растворов в этих системахпредставляет интерес с точки зрения расширения круга сегнетомагнитных материалов с различными сочетаниями магнитных и электрофизических свойств,а также для разработки новых компонентов перспективных пьезокерамическихматериалов.В связи с изложенным, целью настоящей работы являлось:- изучения влияния добавок атомов Mn, Ni, Cr и компоненты PMN насвойства образцов BS-xPT;- получение и изучение высокоплотной керамики ВСПС с высокими Tc Bi3TiNbO9, Bi2CaNb2O9 и Bi2Bi0,5Na0,5Nb2O9 с добавками различных атомов методом горячего прессования, изучение влияния добавок на диэлектрические, проводящие и пьезоэлектрические свойств керамики;- определение возможностей и концентрационных пределов образованиятвердых растворов со структурой перовскита в системах (1–x)PbFe2/3W1/3O3 –PbMn2/3W1/3O3, BiFeO3, установление связи между условиями получения образцов, их химическим и фазовым составов, кристаллической и магнитной структурами, получение данных о влиянии замещений атомов в таких твердых растворах на их структурные, диэлектрические и магнитные характеристики.572.
Методики экспериментальных исследований2.1. Методики синтеза образцов2.1.1. Исходные реактивы и их дозировкаПри синтезе в качестве исходных компонент использовали оксиды PbO,Bi2O3, TiO2, ZrO2, Sc2O3, MnO2, Mn2O3, Ni2O3, Cr2O3, MgO, Nb2O5, WO3, MoO3,CeO2, Nd2O3, Na2O2, Fe2O3,57Fe2O3 и карбонаты Li2CO3, CaCO3, содержание основного вещества в которых составляло 99 - 99,9%.Для удаления адсорбированных в реактивы при их хранении примесейтипа гидратированной влаги, углекислого газа и других, реактивы перед взвешиванием прокаливали при 400 - 800оС.
Приготовление шихты для синтезаосуществляли путём тщательной гомогенизации смесей исходных компонентов, взятых в нужных пропорциях. Дозировку компонент проводили на весахмоделей ВЛКТ-500 г, ВЛР-200 г, торсионных весах WTW (Польша), электронных весах CS-200 фирмы OHAUS (США).2.1.2. Синтез керамикиСинтез керамики методом обычной керамической технологии проводили путём многократного отжига гомогенизированных смесей соответствующих компонентов.
Гомогенизацию шихты осуществляли тщательным перетиранием в фарфоровой или агатовой ступке смесей исходных компонентов в среде этилового спиртаили ацетона. Для доведения размеров частиц до единиц микрометров смеси дополнительно перемалывали в течение 4 ч в шаровой мельнице Fritsch Pulverisette.При помоле-смешивании шихты использовали также аттритор HD/01 компании Unionprocess (США), который обеспечивает высокую дисперсность порошков и практически не загрязняет продукт железом и другими элементами, поскольку для помола используются шарики из оксида циркония, обладающего высокой твердостью и малой истираемостью.Отжиги смесей проводили в воздушной атмосфере или для некоторых составов в потоке инертного газа (гелия или аргона), пропускаемого из газового58баллона с редуктором через кварцевую ампулу с образцами.
Температурныйрежим отжига выбирался в соответствии с составом исходной шихты и цельюэксперимента. Обычно первый отжиг проводили в течение ~6 часов при температуре, лежащей на ~200оC ниже температуры плавления синтезируемого состава. Последующие отжиги образцов, после их повторной гомогенизации ипрессования в таблетки, проводили при более высоких температурах. Максимальная температура отжига определялась особенностями фазовой диаграммы.Охлаждение образцов синтезируемой керамики до комнатной температурыосуществляли или вместе с выключенной печью, или с заданной скоростью,или путём быстрого извлечения образцов из нагретой печи и размещения ихмежду массивными металлическими пластинами (закаливание образцов).При синтезе керамики использовали камерные лабораторные высокотемпературные электропечи СНОЛ 12/16 с нагревателями из хромита лантана с рабочей температурой до 1650оС.
Регулирование температуры в электропечахосуществлялось с помощью микропроцессорного регулятора температурыПТ200-08, имеющего восмь t-T-участков программы.При формовании таблеток использовался гидравлический пресс Shimadzu(усилие 1000 кГс/см2) и набор цилиндрических пресс-форм разных размеров.Горячее прессование проводили на установке горячего прессования УГП2 с использованием засыпки из электрокорунда при температурах 1000 - 1200℃и давлении 200-250 кГ/см2 в течение 1-4 часов.2.1.3.
Приготовление образцов для электрофизических исследованийДля исследований электрических, диэлектрических, пьезо- и пироэлектрических свойств керамики из них изготавливались плоскопараллельные пластины.На базисные плоскости пластин наносили электроды с использованием серебряных паст. Использовали пасты, представляющие собой суспензию мелкодисперсного серебра в изобутил-метил-кетоне, Ag- пасту типа ПП-17, а также Ag−Pd пасту марки ПП-11 (г. Зеленоград, НПП „Дельта-Пасты“).
Суспензию после нанесе-59ния на образец высушивали при ~100oC; серебряная паста типа ПП-17вжигаласьпри 770÷870 К, паста ПП-11 вжигалась при 1373 K в течение 10 мин.Толщина пластин составляла d=0,5÷3,0 мм, площадь нанесённых на нихэлектродов – А=10÷80 мм2. Таким образом, образцы с электродами представляли собой плоскопараллельные конденсаторы ёмкостью C=oA/d, где - диэлектрическая проницаемость образца, o – электрическая постоянная.2.2.
Рентгеноспектральный анализКоличественный химический состав исследуемых образцов определялиметодами рентгенофлуоресцентного микроанализа на спектрометре ”EagleIII”фирмы “EDAX” (США) с фокусирующим поликапилляром и Si(Li) детектором,позволяющим определить все элементы, начиная с натрия по уран включительно. Условия проведения анализа: диаметр зонда 200 и 40 мкм, рентгеновская трубка с молибденовым анодом, напряжение на трубке 30 кВ, ток 20-70мА, время накопления спектра 100 с, атмосфера – вакуум.Концентрация атомов кислорода в кристаллах экспериментально не определялась, их содержание рассчитывалось исходя из типичных валентностейсоответствующих металлов.
Приводимые в работе составы были получены, какправило, усреднением результатов измерений в 3-10 разных точках кристалла.2.3. Рентгенографические исследованияОпределение фазового состава образцов и кристаллографических характеристик фаз, а также их структурный анализ проводили рентгенографическими методами с использованием автоматизированных рентгеновских дифрактометров ДРОН-3, ДРОН-4 [117] на излучении «медной» или «кобальтовой»рентгеновской трубки с длинами волн: (CuK=1,54051, (CuK=1,54433,(CuKav= 1,54178 Å, CoK = 1,78892 Å.
При идентификации фаз использовали базу данных ICDD по порошковым дифрактограммам [118].При качественном рентгеновском фазовом анализе (РФА) образцов на ди-60фрактометре скорость сканирования составляла 2÷5 град/мин, при прецизионнойзаписи дифрактограмм для их индицирования - 0,25÷0,50 град/мин. В последнемслучае использовали измельчённые в порошок кристаллы Ge (a=5,6567(6) Å) вкачестве внутреннего эталона, что позволяло определять брэгговские углы отражения 2 с точностью не хуже ±0,02о. Для прецизионных определений параметров элементарной ячейки на дифрактограмме выбирали рефлексы с большимибрэгговскими углами отражения , так как с ростом ошибка определениямежплоскостных расстояний d резко уменьшается:2dsin=,d/d=-ctg·.2.4.
Термогравиметрические исследованияТермогравиметрические исследования в области 20о-1500оС проводили наавтоматизированном дериватографе системы «Paulik-Paulik-Erdei» фирмы МОМ(Венгрия) Q 1500 D, сопряжённого с персональным компьютером [118]. Порошкиисследуемого образца и инертного вещества помещали в платиновые тигли ёмкостью 3 мл, в качестве инертного вещества использовали прокалённый при 1500оСоксид алюминия Al2O3. Масса используемых для исследований образцов составляла 0,3÷2,0 г. Скорость программируемого нагрева или охлаждения образца призаписи временных зависимостей температуры (кривая Т), массы образца (криваяТГ), производной массы образца по времени (кривая ДТГ), разности температуробразца и эталона (кривая ДТА) составляла 2,5÷15 град/мин.2.5.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
