Структура и свойства пьезокерамических материалов, легированных никелем и медью
Керамика на основе цирконата-титаната свинца (ЦТС) в последнее время привлекает все большее внимание в качестве сегнетоэлектрика, позволяющего изготавливать разнообразные оригинальные приборы.
Цирконат-титанат свинца обладает пьезоэлектрическими свойствами, которые проявляются благодаря высокой диэлектрической проницаемости, высокому значению коэффициента электромеханической связи, а также существенной спонтанной поляризации. ЦТС является перспективным материалом для изготовления электрооптических модуляторов и переключателей и пр. Кроме того, наличие сегнетоэлектрических свойств определяет его применение в микро- и оптоэлетронике. ЦТС-керамика применяется для изготовления ультразвуковых измерительных преобразователей и гидролокаторов, гидрофонов, электронных зуммеров и звонков, а также датчиков давления и нагрузки.
Технология керамических материалов очень сложна и малейшие отклонения в ходе химических реакций могут по-разному сказываться на процессах синтеза пьезокерамических материалов. Для получения в производственных условиях изделий со строго заданными свойствами, что очень актуально для современной техники, необходимо, чтобы технология обеспечивала возможность управления такими важными характеристиками материала как его однородность и фазовый состав, кристаллическая структура, размеры кристаллитов, пористость [1]. Обжиг керамических изделий протекает при температурах выше 1000оС. Керамические материалы только в процессе обжига приобретают плотную, монолитную структуру и все присущие им физические и механические свойства [2]. Синтез из оксидов пьезокерамики на основе твердого раствора цирконата-титаната свинца является одной из наиболее энергоемких и длительных операций в производстве пьезокерамических изделий. Большое внимание уделяется изучению кинетики этого процесса и возможных методов его интенсификации [1,3]. Одним из таких способов является введение модифицирующих добавок [4]. В работе рассмотрено влияние добавок меди и никеля, осажденных на шихту керамики из раствора, что позволяет добиться равномерного распределения микродобавки по всему объему смеси, исключая операцию длительного перемешивания, на структуру и свойства керамики ЦТБС‑3М.
Методика эксперимента. Исходными порошками являлась синтезированная шихта керамики на основе цирконата-титаната бария свинца (ЦТБС‑3М) с размерами частиц от 1 до 10 мкм. Керамическую шихту подвергали химической металлизации в растворах солей никеля и меди. Толщина металлического покрытия составляла порядка 0.1…0.2 мкм. Время реакции осаждения меди составляло 30 минут, никеля – 20 минут.
Полученные смеси сушили и формовали под давлением 2 ·10 8 Па. Спекание проводили при разных температурах. Плотность измеряли весовым методом. Емкость и тангенс угла диэлектрических потерь измеряли на цифровом приборе (LCR). Структуру керамических образцов изучали с помощью растрового электронного микроскопа. РЭМ‑100.
Исследования микроструктуры показали, что при легировании керамики медью и никелем, методом химического восстановления на шихту пьезокерамики, в керамике образуется примесная фаза, которая распределяется по объему образца неравномерно. ............
