МЕТОДЫ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПЬЕЗОКЕРАМИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ СИСТЕМЫ ЦТС

ВВЕДЕНИЕ………………………………………………………………….6
1. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ………………………………………….....8
1.1. Пьезоэлектричество в сегнетоэлектрической керамике ……8
1.2. Пьезоматериалы системы ЦТС……………………………..12
1.3. Технология получения пьезокерамических материалов......14
1.4. Методы измельчения порошков………………………….....15
1.5. Анализ и оценка путей получения ультратонких порошков для синтеза оксидных материалов……………………….....26
1.6. Способы решения поставленных задач работы и общие выводы………………………………………………………..30
2 МОДЕЛЬНЫЕ ОБЪЕКТЫ И МЕТОДИКИ ИХ ИССЛЕДОВАНИЯ..32
2.1 МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ОБРАЗЦОВ………………..32
2.1.1 Дифракционные методы анализа …………………………..32
2.1.2 Сканирующая электронная микроскопия…………………..34
2.1.3 Определение плотности……………………………………..37
2.1.4 Определение удельной поверхности……………………….37
2.1.5 Измерение ЭФП пьезокерамических материалов…………40
3 ВЛИЯЕНИЕ ВЫСОКОЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ПОМОЛА НА СИНТЕЗ, СПЕКАНИЯ И СВОЙСТВА ПКМ ЦТС-83………………………………………………………………………...43
3.1 Синтез ЦТС-83 по оксидной схеме ………………………....43
3.2 Синтез ЦТС-83 с применением прекурсора (химическое активирование)……………………………..………………..45
3.2.1 Синтез ZrTiO4………………………………………………..45
3.2.2 Синтез ЦТС-83……………………………………………….46
3.3 Анализ гранулометрического состава порошков и режимов спекания керамики ЦТС-83………………………………….47
3.4 Свойства керамики ЦТС-83…………………………………65
3.5 Обсуждени результатов…….……………………………….70
ЗАКЛЮЧЕНИЕ……………………………………………………………75
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ…………………………………………………77

Весь текст будет доступен после покупки

Сегнетоэлектрическая керамика появилась в начале 1940–х годов с открытием явления сегнетоэлектричества как источника высокой диэлектрической проницаемости в керамических конденсаторах. С тех пор она стала основой электронной промышленности и применяется в конденсаторах с высокой диэлектрической, пьезоэлектрических гидролокаторах, ультразвуковых преобразователях, радио- и коммуникационных фильтрах, пироэлектрических охранных устройствах наблюдения, медицинских диагностических преобразователях, зуммерах, датчиках и т.д.
Базой, подавляющего числа современных сегнетоэлектрических материалов, служат легированные материалы системы ЦТС. Причинами этого являются: а) достаточно высокие температуры Кюри этой системы; б) возможность достижения рекордных (для материалов на основе фаз кислородно-октаэдрического типа) значений пьезомодулей и коэффициентов электромеханической связи; в) возможность варьирования электрофизических (ЭФП) и механических (МП) параметров материалов, рассматриваемого типа, за счёт изменения их состава. Максимально высокими значениями ЭФП характеризуются пьезоматериалы на основе фаз системы ЦТС, состав которых принадлежит гетерогенной морфотропной области (МО).
Рост числа технических задач, решаемых с помощью пьезопреобразователей различного назначения, стимулирует проведение исследований по поиску принципиальных возможностей повышения эффективности сегнетоэлектрических материалов. Это связано с тем, что известные способы повышения эффективности таких материалов за счёт изменения состава сегнетофаз, в настоящее время в значительной степени исчерпаны, так как дальнейшее увеличение числа компонентов систем создаёт технологические проблемы, связанные с их фазовой однородностью.
Неоднозначность результатов процессов синтеза сегнетофаз и спекания прессзаготовок приводит к снижению значений ЭФП и МП, изготавливаемых пьезокерамических материалов, а также степени воспроизводимости этих параметро. В соответствии с выбранными направлениями исследований, целью работы является: изучение влияния механической и химической активации, на процессы ФРА (что это) материалов.
В качестве объекта исследования был выбран сегнетомягкий пьезоэлектрический материал ЦТС-83.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
1. Исследовать различные методы изготовления пьезокерамических материалов;
2. Исследовать методы повышения эффективности керамических материалов;
3. Выбрать методы изготовления пьезокерамического материала ЦТС-83 базирующиеся на различных технологических схемах (синтез по оксидной схеме и с применением прекурсора ZrTiO4) позволяющих повышать его эффективность;
4. Исследовать влияние характера агломерации исходных порошков на режимы спекания пьезокерамики ЦТС-83;
5. Получить зависимости основных электрофизических и электромеханических параметров пьезокерамики ЦТС-83;
6. Получить высокоплотную керамику ЦТС-83 с субмикронным размером зерна и функциональными параметрами, не уступающими свойствам керамики, приготовленной по стандартной технологиии.

Весь текст будет доступен после покупки

1. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
1.1 Пьезоэлектричество в сегнетоэлектрической керамике
История открытия сегнето– и пьезоэлектричества в керамических материалах началась в начале 1940–х годов. Подстегиваемая насущной потребностью в конденсаторах с более высокой диэлектрической проницаемостью, чем те, которые можно было получить из стеатита, слюды, TiO2, MgTiO2 и CaTiO2. Турнауэр, Вайнер и Соломон впервые установили возможность использования BaTiO3 в качестве керамического конденсатора с температурой обжига T>1100. Ближе к концу Второй мировой войны, в середине 1940–х годов, в открытой литературе стали появляться публикации, и стало очевидным, что параллельные работы над BaTiO2 как материалом с высокой диэлектрической проницаемостью проводились несколькими странами, включая Соединенные Штаты, Великобританию, СССР и Японию.
Знание сегнетоэлектрической природы керамического BaTiO3 оказалось неоценимым, когда Грей в 1945 г. обнаружил, что внешнее электрическое поле может ориентировать домены внутри зерен, создавая таким образом керамический материал, который очень похож по своей природе на монокристалл, обладающий как сегнетоэлектрическими, так и пьезоэлектрическими свойствами. Таким образом, этот процесс «выстраивания» доменов, или поляризации, как его стали называть, был определен как ключ к превращению технической (инертной) керамики в активный материал с множеством промышленных и коммерческих применений.

Весь текст будет доступен после покупки

1. Shirane, G. Crystal structure of Pb(Zr-Ti)O3. /G. Shirane, K. Suzuki //J. Phys. Soc. Jpn.1952. V. 7. Р. 333-337.
2. Глозман И.А. Пьезокерамика. – М.: Энергия, 1972. – 288 с.
3. Авакумов Е.Г. Механические методы активации химических процессов / Е.Г. Авакумов. – Новосибирск.: Наука, 1979. – 223 с.
4. Витязь П.А. Механические сплавы на основе алюминия и меди / П.А.Витязь, Ф.Г.Ловшенко, Г.Ф.Ловшенко – Минск, Беларуская навука, 1998. – 351с..
5. Красулин Е.А. Дислокации как активные центры в топохимических реакциях / Е.А.Красулин // Теоретическая и экспериментальная химия – 1967.-Т.3, №1. –С.58- 62.
6. Rahaman M.N. Ceramic processing and sintering. – N.-Y., Basel, Hong Kong: Marcel Dekker, 1995. – 770 с.
7. Lin I.J., Nadiv S. Review of the phase transformation and synthesis of inorganic solids obtained by mechanical treatment (mechanochemical reactions) // Materials Science and Engineering. – 1979. – V. 39. – N 2. – P. 193-209.
8. Polke R., Stadler R. // Concise Encyclopedia of Advanced Ceramic Materials / Ed. by R.J. Brook. – Cambridge: MIT Press, 1991. – P. 187-193.
9. Reddy B.M. Recent advances on TiO2-ZrO2 mixed oxides as catalysts and catalysts supports / B.N. Reddy, A. Khan // Catalysis Reviews. – 2005. – V. 47. – P. 257-296.
10. McHale A.E. Investigation of the phase transition in ZrTiO4 and ZrTiO¬4-SnO2 solid solutions / A.E. McHale, R.S. Roth // J. Amer. Ceram. Soc. – 1983. – V. 66. – N 2. – P. C18-C20.
11. McHale A.E. Low-temperature phase relationships in the system ZrO2-TiO2 / A.E. McHale, R.S. Roth // J. Amer. Ceram. Soc. – 1986. – V. 69. – N 11. – P. 827-832.
12. Structure and electrical conductivity of porous zirconium titanate ceramics produced by mechanochemical treatment and sintering / A. Gajovic, A. Santic, I, Djerdj et al. // J. of Alloys and Compounds. – 2009. – V. 479. – P. 525-531.
13. Synthesis of ZrTiO4 powder from equimolar ZrO2-TiO2 powder mixture by high energy dry ball-mill and post-anneal processing / M.Stubicar, V.Bermanec, D. Krumes et al. // Metalurgija. – 1999. – V. 38. – N 2. – P. 59-62.
14. Manik S.K. Microstructure characterization and phase transformation kinetics of polymorphic transformed ball milled a-TiO2 – 10 mol % m-ZrO2 mixture by Rietveld method / S.K. Manik, H. Dutta, S.K. Pradhan // Materials Chemistry and Physics. – 2003. – V. 82. – P. 848-859.
15. Mechanism of ZrTiO4 synthesis by mechanochemical processing of TiO2 and ZrO2 / A. Gajovic, K. Furic, S. Music et al. // J. Amer. Ceram. Soc. – 2006. – V. 89. – N 7. – P. 2196-2205.
16. Preparation of nanostructured ZrTiO4 by solid state reaction in equimolar mixture of TiO2 and ZrO2 / A. Gajovic, I. Djerdj, K. Firic et al. // Cryst. Res. Technol. – 2006. – V. 41. – N 11. – P. 1076-1081.
17. Prasatkhetragarn A. Effect of calcinations condition on phase formation of zirconium titanate powders synthesized by the solid-state reaction / A. Prasatkhetragarn, R. Yimnirun, S. Ananta // Ferroelectrics. – 2007. – V. 356. – P. 203-208.

Весь текст будет доступен после покупки