Научная статья на тему 'ПОЛУЧЕНИЕ ЭКОЛОГИЧЕСКИ БЕЗОПАСНЫХ КЕРАМИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ ТВЕРДЫХ РАСТВОРОВ БЕССВИНЦОВОЙ СИСТЕМЫ SRTIO3-BISCO3'

ПОЛУЧЕНИЕ ЭКОЛОГИЧЕСКИ БЕЗОПАСНЫХ КЕРАМИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ ТВЕРДЫХ РАСТВОРОВ БЕССВИНЦОВОЙ СИСТЕМЫ SRTIO3-BISCO3 Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

CC BY
37
7
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
БЕССВИНЦОВЫЕ КЕРАМИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ / LEAD-FREE CERAMICS / ТВЕРДЫЕ РАСТВОРЫ / SOLID SOLUTIONS / МОРФОТРОПНАЯ ФАЗОВАЯ ГРАНИЦА / MORPHOTROPIC PHASE BOUNDARY / ХОЛОДНОЕ ИЗОСТАТИЧЕСКОЕ ПРЕССОВАНИЕ / COLD ISOSTATIC PRESSING / РЕНТГЕНОФАЗОВЫЙ АНАЛИЗ / X-RAY ANALYSIS

Аннотация научной статьи по химическим наукам, автор научной работы — Иванов Олег Николаевич, Даньшина Елена Павловна, Сирота Вячеслав Викторович, Колесников Дмитрий Александрович, Марадудина Оксана Николаевна

Целью данной работы явилось экспериментальное обнаружение, исследование и анализ особенностей формирования экологически безопасных бессвинцовых керамических твердых растворов на основе системы (1-x)SrTiO3-xBiScO3 с х = 0; 0,1; 0,2; 0,3; 0,4 и 0,5. В работе использованы методы рентгенофазового, рентгеноструктурного и дилатометрического анализа, растровой электронной микроскопии. Установлено, что синтезированные образцы с x = 0,2; 0,3; 0,4 и 0,5 являются двухфазными и состоят из фазы с кубической Pm3m структурой и фазы с тетрагональной I4/mcm структурой.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по химическим наукам , автор научной работы — Иванов Олег Николаевич, Даньшина Елена Павловна, Сирота Вячеслав Викторович, Колесников Дмитрий Александрович, Марадудина Оксана Николаевна

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

PREPARATION OF ECOLOGICAL CERAMIC MATERIALS BASED ON SOLID SOLUTIONS IN THE LEAD-FREE SrTiO3-BiScO3 SYSTEM

The purpose of this work is to research and analyze the formation peculiarities of ecological ceramic materials based on solid solutions in the lead-free (1-x)SrTiO3-xBiScO3 system with х = 0, 0.1, 0.2, 0.3, 0.4 and 0.5 The experimental methods of X-ray, SEM and dilatometric analyses have been used. It was found that the samples with x = 0.2, 0.3, 0.4 and 0.5 consist of cubic Pm3m phase and tetragonal I4/mcm phase.

Текст научной работы на тему «ПОЛУЧЕНИЕ ЭКОЛОГИЧЕСКИ БЕЗОПАСНЫХ КЕРАМИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ ТВЕРДЫХ РАСТВОРОВ БЕССВИНЦОВОЙ СИСТЕМЫ SRTIO3-BISCO3»

ЭНЕРГЕТИКА И ЭКОЛОГИЯ

ENERGY AND ECOLOGY

Статья поступила в редакцию 31.01.10. Ред. рег. № 707 The article has entered in publishing office 31.01.10. Ed. reg. No. 707

УДК 54.057

ПОЛУЧЕНИЕ ЭКОЛОГИЧЕСКИ БЕЗОПАСНЫХ КЕРАМИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ ТВЕРДЫХ РАСТВОРОВ БЕССВИНЦОВОЙ СИСТЕМЫ SrTiO3-BiScO3

О.Н. Иванов, Е.П. Даньшина, В.В. Сирота, Д.А. Колесников, О.Н. Марадудина

Белгородский государственный университет, Центр коллективного пользования научным оборудованием «Диагностика структуры и свойств наноматериалов» 308034 г. Белгород, ул. Королева, д. 2а Тел.: (4722) 58-54-38, факс: (4722) 58-54-15, e-mail: Ivanov.Oleg@bsu.edu.ru

Заключение совета рецензентов: 15.02.10 Заключение совета экспертов: 20.02.10 Принято к публикации: 25.02.10

Целью данной работы явилось экспериментальное обнаружение, исследование и анализ особенностей формирования экологически безопасных бессвинцовых керамических твердых растворов на основе системы (1-x)SrTiO3-xBiScO3 с х = 0; 0,1; 0,2; 0,3; 0,4 и 0,5. В работе использованы методы рентгенофазового, рентгеноструктурного и дилатометрического анализа, растровой электронной микроскопии. Установлено, что синтезированные образцы с x = 0,2; 0,3; 0,4 и 0,5 являются двухфазными и состоят из фазы с кубической Pm3m структурой и фазы с тетрагональной I4/mcm структурой.

Ключевые слова: бессвинцовые керамические материалы, твердые растворы, морфотропная фазовая граница, холодное изостатическое прессование, рентгенофазовый анализ.

PREPARATION OF ECOLOGICAL CERAMIC MATERIALS BASED ON SOLID SOLUTIONS IN THE LEAD-FREE SrTiO3-BiScO3 SYSTEM

O.N. Ivanov, E.P. Danshina, V.V. Sirota, D.A. Kolesnikov, O.N. Maradudina

Belgorod State University Joint Research Centre "Diagnostic of structure and properties of nanomaterials"

2a Koroleva str., Belgorod, 308034, Russia Tel.: (4722) 58-54-38, fax: (4722) 58-54-15, e-mail: Ivanov.Oleg@bsu.edu.ru

Referred: 15.02.10 Expertise: 20.02.10 Accepted: 25.02.10

The purpose of this work is to research and analyze the formation peculiarities of ecological ceramic materials based on solid solutions in the lead-free (1-x)SrTiO3-xBiScO3 system with х = 0, 0.1, 0.2, 0.3, 0.4 and 0.5 The experimental methods of X-ray, SEM and dilatometric analyses have been used. It was found that the samples with x = 0.2, 0.3, 0.4 and 0.5 consist of cubic Pm3m phase and tetragonal I4/mcm phase.

Keywords: lead-free ceramics, solid solutions, morphotropic phase boundary, cold isostatic pressing, X-ray analysis.

Зам. директора по НИР Центра коллективного пользования научным оборудованием «Диагностика структуры и свойств наноматериалов» Белгородского гос. университета, д-р физ.-мат. наук, старший научный сотрудник. Автор 63 публикаций.

Олег Николаевич Иванов

Елена Павловна Даньшина

Дмитрий Александрович Колесников

Аспирант кафедры общей физики Белгородского гос. университета. Автор 3 публикаций.

Зав. лабораторией электронной микроскопии и рентгеност-руктурного анализа Центра коллективного пользования научным оборудованием «Диагностика структуры и свойств наномате-риалов» Белгородского гос. университета, канд. физ.-мат. наук. Автор 34 публикаций.

Вячеслав Викторович Сирота

Оксана Николаевна Марадудина

Зам. директора по ОКР Центра коллективного пользования научным оборудованием «Диагностика структуры и свойств наноматериа-лов» Белгородского гос. университета, канд. физ.-мат. наук. Автор 13 публикаций.

Аспирант кафедры общей физики Белгородского гос. университета. Автор 4 публикаций.

Введение

В настоящее время основными пьезокерамиче-скими материалами являются свинецсодержащие перовскиты, такие как цирконат титаната свинца Pb(Zr, ТДО3, магнониобат свинца Рb(Мgl/зNb2/з)Oз, титанат свинца PbTiO3 и др. Несмотря на превосходные пьезоэлектрические свойства, такие материалы обладают существенным недостатком - наличием в их составе свинца, что вызывает серьезные экологические ограничения и запреты как в процессе производства самих материалов, так и при эксплуатации изделий, созданных на их основе. Поэтому актуальной проблемой физического материаловедения является разработка бессвинцовых (или же содержащих по возможности минимальное количество свинца) пьезокерамических материалов [1-3].

Поиск новых бессвинцовых пьезокерамических систем ведется, как правило, среди твердых растворов, фазовая диаграмма которых характеризуется наличием морфотропной фазовой границы, вблизи которой физические свойства системы могут достигать экстремальных значений [4, 5]. Перспективными бессвинцовыми (или содержащими минимальное количество свинца) материалами сегодня считаются твердые растворы, в которых одним из компонентов является соединение BiScO3. Среди таких материалов наиболее широко изученными

твердыми растворами являются растворы на основе систем РЬ^г, ТГ)03^с03 [6], ВаТЮ3^с03 [7], (К1/2В^/2)ТЮ3^8с03-РЬТЮ3 [8], BiFeO3-BiScO3 [9]. Для этих систем было экспериментально доказано существование при определенном соотношении компонент твердого раствора морфотропной фазовой границы, что является необходимой предпосылкой для разработки высокоэффективных пьезо-керамических материалов.

Система 8гТЮ3^8с03 является новой системой, исследование которой также может представлять интерес при разработке перспективных бессвинцовых материалов. В этой системе соединение 8гТЮ3 является так называемым виртуальным сег-нетоэлектриком, имеющим при комнатной температуре кубическую структуру [10]. При понижении температуры наблюдаются фазовые переходы в тетрагональную структуру при 110 К, затем в ромбическую фазу при 65 К, и ниже 10 К окончательно формируется ромбоэдрическая структура. Ни один из этих переходов не является сегнетоэлектриче-ским. И хотя температурная зависимость диэлектрической проницаемости для низкотемпературной области свидетельствует о развитии структурной неустойчивости, характерной для сегнетоэлектри-ческих фазовых переходов, сегнетоэлектрическое состояние не реализуется вплоть до температур, приближающихся к абсолютному нулю.

International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 3 (83) 2010

© Scientific Technical Centre «TATA», 2010

В отличие от 8гТЮ3 соединение Б18сО3 изучено плохо, что связано, прежде всего, с трудностями его получения. Из-за большой разницы ионных радиусов Б1 и 8с соединение Б18сО3 образуется только в условиях высокотемпературного синтеза при больших давлениях ~6 ГПа [11]. К настоящему времени известно, что при комнатной температуре соединение Б18сО3 имеет моноклинную структуру, вопрос же о наличии в этом соединении каких-либо структурных фазовых переходов остается открытым. Так как в системе 8гТЮ3-Ш8сО3 краевые компоненты при комнатной температуре имеют различную структуру, можно ожидать, что в твердых растворах на основе этой системы при некоторых концентрациях будет происходить переход от одной структуры к другой, т.е. на фазовой диаграмме будет существовать область морфотропных твердых растворов.

Ключевой стадией в технологии получения керамических твердых растворов является стадия собственно синтеза твердых растворов из исходных компонентов, поскольку именно на этой стадии идет формирование соединения с необходимой структурой и составом. Исследование химических и физических процессов, происходящих на стадии синтеза керамического соединения, позволяет разработать физически обоснованную технологию получения материалов с воспроизводимыми свойствами.

Целью данной работы явилось экспериментальное обнаружение, исследование и анализ особенностей формирования экологически безопасных бессвинцовых керамических твердых растворов на основе системы 8гТЮ3-Ш8сО3.

Методики эксперимента и образцы для исследования

Исследуемые соединения системы (1-х)8гТЮ3-хШ8сО3 с х = 0; 0,1; 0,2; 0,3; 0,4; 0,5 были приготовлены по стандартной керамической технологии. В качестве исходных компонентов были использованы порошки Б12О3, 8с2О3, ТЮ2, 8гСО3, взятые в стехиометриче-ском соотношении. Исходные компоненты перемешивали в вибрационной мельнице с добавлением этилового спирта в течение 60 минут со скоростью 700 об/мин, полученные суспензии высушивали при температуре 100 °С в течение 1 часа, затем материал каждого состава в количестве 20 г перемалывали вручную в агатовой ступке в среде этилового спирта в течение 30 минут, полученный продукт высушивали в сушильном шкафу при температуре 100 °С в течение 1,5 часа и перетирали в агатовой ступке для получения однородной смеси порошков исходных компонентов.

Смеси порошков исходных компонентов были использованы при дальнейших высокотемпературных обработках (отжигах) в атмосфере воздуха для синтеза необходимых химических соединений и спекания механически прочных образцов. Температура и длительность отжигов приведены в табл. 1.

Для обеспечения лучшей гомогенности после каждого высокотемпературного отжига проводили промежуточное перемалывание синтезируемого материала. Для первого и второго отжига использовали смеси порошков исходных компонентов. Для спекания на третьем отжиге были сформованы заготовки в виде цилиндров высотой 25 мм и диаметром 5 мм. Формование заготовок осуществляли методом холодного изостатического прессования при давлении 400 МПа.

Таблица 1

Параметры высокотемпературных обработок образцов

Table 1

Parameters of the high temperature treatment of the samples

№ п/п Состав, x Температура отжига, °С / Длительность отжига, час

1 отжиг 2 отжиг 3 отжиг

1 0 800/4 1000/4 1300/2 + 1350/3

2 0,1 800/4 900/4 1300/3 + 1340/3 + + 1370/3

3 0,2 800/4 700/2 + 850/2 1300/3 + 1340/3 + + 1370/3

4 0,3 800/4 700/2 + 850/2 1300/3

5 0,4 800/4 700/2 + 850/2 1300/3

6 0,5 800/4 700/2 + 850/2 1300/3

При проведении исследований синтезируемых материалов было использовано следующее аналитическое оборудование:

- Для изучения структуры, параметров кристаллической решетки и фазового состава твердых растворов - рентгеновский порошковый дифрактометр Rigaku Ultima IV.

- Для анализа микроструктуры синтезированных образцов - растровый ионно-электронный микроскоп Quanta 200 3D.

- Для изучения процессов синтеза и спекания -дилатометр NETZSCH DIL 402 C.

Экспериментальные результаты и их обсуждение

Дилатометрические исследования

Дилатометрические исследования были проведены на образцах с х = 0,1; 0,2; 0,3 и 0,4. Данные дилатометрического анализа представлены на рис. 1.

Из рис. 1 видно, что для всех исследуемых образцов наблюдается немонотонное изменение их длины при повышении температуры, причем температурные зависимости относительной деформации качественно подобны для всех изученных составов. Так, при нагреве до температуры ~850 °С удлинение образцов является незначительным, затем образцы за-

метно удлиняются в интервале температур от ~850 до ~1050 °С, и выше температуры ~1050 °С опять наблюдается участок слабой температурной зависимости относительной деформации. Максимальное значение удлинения образцов зависит от их состава, причем для составов с х = 0,1; 0,2 и 0,3 максимальное удлинение монотонно возрастает с увеличением содержания в твердых растворах BiScO3 (от ~8% для х = 0,1 до ~11% для х = 0,3), а для состава с х = 0,4 максимальное удлинение составляет ~9%, т.е. меньше, чем для состава с х = 0,3, но больше, чем для составов с х = 0,1 и 0,2.

Однако в реальности процесс формирования твердых растворов может быть более сложным и сопровождаться образованием промежуточных фаз.

Для дальнейшего исследования особенностей формирования твердых растворов системы (1-x)SrTЮ3-xBiSc03 из исходных порошков Bi2O3, 8с203, ТЮ2 и 8гС03 были использованы методы рентгеноструктурного и рентгенофазового анализа.

Рентгеноструктурный и рентгенофазовый анализ На рис. 2 представлены дифрактограммы образцов с х = 0; 0,1; 0,2; 0,3; 0,4 и 0,5 после отжига при температуре 800 °С в течение 4 часов, а в табл. 2 приведены результаты анализа фазового состава образцов.

Рис. 1. Температурная зависимость относительной деформации образцов твердых растворов системы (1-x)SrTiO3-xBiScO3 Fig. 1. Temperature dependence of relative strain of the samples of solid solutions in the (1-x)SrTiO3-xBiScO3 system

Обнаруженное сложное изменение относительной деформации образцов, представляющих в исходном состоянии смесь порошков Bi2O3, 8с203, ТЮ2 и 8гС03, может быть связано с особенностями процессов формирования твердых растворов из исходных компонентов при высокотемпературной обработке.

Необходимо заметить, что традиционный участок спекания на кривых дилатометрического анализа (уменьшение размеров керамических образцов при повышении температуры при формировании плотного, беспористого и механически прочного материала) на рис. 1 отсутствует. Это может быть связано с тем, что при нагреве образцов из смеси порошков исходных компонентов в интервале температур от ~850 до ~1050 °С происходит значительное увеличение размеров образцов (~10%), что не позволяет создать условия для эффективного спекания. Это подтверждают и приведенные далее результаты исследований микроструктуры образцов, полученные с помощью растровой электронной микроскопии.

Формально образование твердых растворов системы (1-x)SrTЮ3-xBiSc03 можно представить следующей химической реакцией:

Bi2O3 + 8с203 + ТЮ2 + 8гС03 ^ ^гЖ^^^ + С02|.

Рис. 2. Дифрактограммы образцов твердых растворов системы (1-x)SrTiO3-xBiScO3 после первого отжига Fig. 2. The XRD patterns of the samples of solid solutions in the (1-x)SrTiO3-xBiScO3 system after the first annealing

По результатам рентгенофазового анализа было установлено:

- В образцах с х = 0 и 0,1 присутствуют рефлексы трех основных фаз - карбоната стронция, рутила и титаната стронция.

- С увеличением х (х = 0,2^0,5) в растворах образуется фаза сложного оксида стронция-висмута 8^6014 (х = 0,2), Sro,78Bi2,22O4 (х = 0,3), 8Г2^6,75012,38 (х = 0,4 и 0,5).

International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 3 (83) 2010

© Scientific Technical Centre «TATA», 2010

Таблица 2

Фазовый состав образцов после первого отжига

Table 2

Phase composition of the samples after the first annealing

Состав, x Существующие фазы Пространственные группы симметрии фаз

0 SrCO3 62: Pmcn

TiO2 136: P42/mnm

SrTiO3 221: Pm-3m

0,1 SrCO3 62: Pmcn

TiO2 136: P42/mnm

SrTiO3 221: Pm-3m

SC2O3 206: Ia-3

Bi0,75 Sr0,25 O1,36 166: R-3m,hexagonal

0,2 SrCO3 62: Pmcn

TiO2 136: P42/mnm

Sr(TiO3) 140: I4/mcm

Sr5Bi6Oi4 83: P4/m

0,3 SrCO3 62: Pmcn

TiO2 136: P42/mnm

SrTiO2.60 123: P4/mmm

Sr0,78Bi2,22O4 166: R-3m,hexagonal

0,4 SrCO3 62: Pmcn

TiO2 136: P42/mnm

SrTiO272 123: P4/mmm

Sr2,25Bi6,75O12,38 166: R-3m,hexagonal

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

SC2O3 206: Ia-3

Sr2ScBiO6 225: Fm-3m

0,5 Sr2,25Bi6,75 O12,38 166: R-3m,hexagonal

SrTiO3 140: I4/mcm

SrCO3 62: Pmcn

TiO2 136: P42/mnm

SC2O3 206: Ia-3

Sr2ScBiO6 225: Fm-3m

Результаты рентгенофазового анализа образцов после второго отжига приведены на рис. 3 и в табл. 3. Как и в случае первого отжига, формирование однофазных образцов не происходит и при втором отжиге.

Таблица 3

Фазовый состав образцов после второго отжига

Table 3

Phase composition of the samples after the second annealing

Состав, x Существующие фазы Пространственные группы симметрии фаз

SrTiO3 221: Pm-3m

0 TiO2 136: P42/mnm

Sr3Ti2O7 139: I4/mmm

SrTiO3 140: I4/mcm

0,1 SrCO3 62: Pmcn

TiO2 136: P42/mnm

Sr2ScBiO6 225: Fm-3m

SrCO3 62: Pnma

TiO2 136: P42/mnm

0,2 SrTiO3 140: I4/mcm

Sr5Bi6O!4 83: P4/m

Sr2Bi2O5 62: Pnma

Sr2ScBiO6 225: Fm-3m

SrCO3 62: Pmcn

TiO2 136: P42/mnm

0,3 SrTiO3 140: I4/mcm

Sr5Bi6O!4 83: P4/m

Sr2ScBiO6 225: Fm-3m

SrTiO3 221: Pm-3m

Sr5Bi6O!4 83: P4/m

Sr2ScBiO6 225: Fm-3m

0,4 SrCO3 62: Pmcn

TiO2 136: P42/mnm

Sr2 Bi2O5 62: Pnma

Sc2O3 206: Ia-3

SrTiO3 221: Pm-3m

TiO2 136: P42/mnm

0,5 SrCO3 62: Pmcn

Sc2O3 206: Ia-3

Sr2ScBiO6 225: Fm-3m

Sr5Bi6O!4 83: P4/m

Рис. 3. Дифрактограммы образцов твердых растворов

системы (1-x)SrTiO3-xBiScO3 после второго отжига Fig. 3. The XRD patterns of the samples of solid solutions in the (1-x)SrTiO3-xBiScO3 system after the second annealing

Окончательное формирование твердых растворов системы (1-х)SrTЮ3-хBiSc03 со структурой перовски-та происходит только после третьего отжига (рис. 4).

Из данных рис. 4 видно, что составы с х = 0 и 0,1 имеют кубическую Рш3ш структуру, при увеличении х образцы становятся двухфазными, т.е. на дифрак-тограммах, помимо рефлексов, характерных для ку-

бической фазы, появляются дополнительные рефлексы, предположительно, от фазы с тетрагональной 14/шсш структурой.

Дифрактограмма образца с х = 0 и результаты ее индицирования показаны на рис. 5.

s100000

6000G

20000

* ■SrTi03{H/mcm) *SrTi03 (Pm-3m) ■ " * M * ■ лЛ *л „

Л 1 _J_J _J

i Л v

J_ J 1

■A-- . 1 ■— . . -A _J 1

к = 0,1

30.0000

50.0000

2В, град

х-0 70.0000

Рис. 4. Дифрактограммы образцов после третьего отжига Fig. 4. The XRD pattern of the samples after the third annealing

Рис. 5. Дифрактограмма образца с x = 0 после третьего отжига Fig. 5. The XRD pattern of the sample with x = 0 after the third annealing

Исследования с помощью растровой электронной микроскопии По данным растровой электронной микроскопии, размер зерен образца с х = 0 после отжига при температуре 1300 °С в течение 2 часов составляет 0,51,9 мкм, при повышении температуры и времени отжига зерна разрастаются до размера порядка 2,57,5 мкм (рис. 6 и 7).

Рис. 6. РЭМ-изображение поверхности образца с х = 0 после отжига при температуре 1300 °С Fig. 6. SEM photograph of the sample with x = 0 after annealing at 1300 °С

Рис. 7. РЭМ-изображение поверхности образца с х = 0 после отжига при температуре 1350 °С Fig. 7. SEM photograph of the sample with x = 0 after annealing at 1350 °С

Для образцов с x > 0 температура отжига 1300 °С была недостаточно высокой для получения плотной керамики (рис. 8).

Рис. 8. РЭМ-изображение поверхности образца с х = 0,1 после отжига при температуре 1300 °С Fig. 8. SEM photograph of the sample with x = 0.1 after annealing at 1350 °С

Анализ структуры образцов Методом графического индицирования были определены рефлексы экспериментально обнаруженных кубической и тетрагональной фаз в твердых растворах состава (1-x)SrTiO3-xBiScO3 после третьего отжига и рассчитаны параметры кристаллической решетки кубической и тетрагональной фазы по рефлексам (103)/(301) (табл. 5 и рис. 9).

Таблица 5

Параметры решетки тетрагональной и кубической фаз образцов

Table 5

Lattice parameters of tetragonal and cubic phases

Состав, x Кубическая фаза Тетрагональная фаза

a, Ä ab Ä с, Ä с/a

0 3,889

0,1 3,881

0,2 3,913 3,909 3,962 1,014

0,3 3,913 3,953 3,961 1,002

0,4 3,922 3,955 3,960 1,001

0,5 3,962

International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 3 (83) 2010

© Scientific Technical Centre «TATA», 2010

Рис. 9. Зависимость параметров кристаллической решетки тетрагональной и кубической фаз образцов от состава Fig. 9. The dependence of crystal lattice parameters of tetragonal and cubic phases on composition

Заключение

Методами рентгенофазового и рентгеноструктур-ного анализа, дилатометрии, растровой электронной микроскопии исследованы особенности формирования твердых растворов системы (1-х)SrTi03-хBiSc03, х = 0; 0,1; 0,2; 0,3; 0,4 и 0,5.

Установлено, что синтез твердых растворов из исходных компонент Bi203, Sс203, ТЮ2 и SI"C03 сопровождается значительным увеличением линейных размеров образцов, зависящим от состава; максимальное удлинение ~ 10% наблюдается для состава с х = 0,3.

Формирование твердых растворов системы (Ьх^гТЮ^х BiSc03 с х > 0,1 из исходных компонент Bi203, Sс203, ТЮ2 и SI"C03 идет через образование промежуточных фаз для х = 0,2, Sr0,78Bi2J22O4

для х = 0,3 и Sr2,25Bi6,750l2,з8 для х = 0,4 и 0,5).

Показано, что образцы с х = 0,2; 0,3; 0,4; 0,5 являются двухфазными и состоят из фазы с кубической Рш3ш структурой и фазы с тетрагональной М/ш^ структурой.

Данная работа выполнялась в рамках государственного контракта № П1685 и № 02.740.11.0399 (Федеральная целевая программа «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы).

Список литературы

1. Synthesis Report, BREU/CN9200254 New Piezoelectric Ceramics with Tc > 1000 °C for operation to 800 °C. 1995. P. 1-15.

2. CRAFT-programm "Lead-free piezoelectric ceramics based on alkaline niobate family". 1998.

3. Turner R.C. Materials for high-temperature acoustic and vibration sensors // Appl. Acoustics. 1994. Vol. 41. P. 299-324.

4. Smolenski G.A., Isupov V.A., Agronovskaja A.L., Popov N.B. Ferroelectrics with diffuse phase transitions // Phys-Solid. State. 1961. Vol. 5. P. 2584-2594.

5. Park S., Shrout T.R. Characteristics of relaxor-bazed piezoelectric single crystals for ultrasonic transducers // IEEE Trans. Ferroelectrics and Frequency Control, September 1997. Vol. 44. P. 1140-1147.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

6. Eitel R.E., Randall C.A., Shrout T.R., Park S. Preparation and characterization of high-temperature perovskite ferroelectrics in the solid-solution (1-x)BiScO3-xPbTiO3 // Jpn. J. Appl. Phys. 2002. Vol. 41, No. 4A. P. 2099-2104.

7. Ogihara H., Randall C.R., Trolier-McKinstry S. Weakly coupled relaxor behavior of BaTiO3-BiScO3 ceramics // J. Amer. Ceram. Soc. 2009. Vol. 92, No. 2. P. 110-118.

8. Yao Z., Liu H., Liu Y., Chen L., Hao H. Structure and ferroelectric properties in (K1/2Bi1/2)TiO3-BiScO3-PbTiO3 piezoelectric ceramic system // Materials Research Bulletin. 2009. Vol. 44. P. 1511-1514.

9. Yasui S., Uchida H., Nakaki H., Nishida K., Funakubo H., Koda S. Formation of BiFeO3-BiScO3 thin films and their electrical properties // Jpn. J. Appl. Phys. 2007. Vol. 45, No. 9B. P. 7321-7324.

10. Смоленский Г.А., Боков В.А., Исупов В.А., Крайник Н.Н., Пасынков Р.Е., Соколов А.И., Юшин Н.К. Физика сегнетоэлектрических явлений. Л.: Наука, 1985.

11. Inaguma Y., Miyaguchi A., Yoshida M., Katsumata T., Shimojo Y., Wang R., Sekiya T. High-pressure synthesis and ferroelectric properties in perovskite-type BiScO3-PbTiO3 solid solution // J. Appl. Phys., 2004. Vol. 95, No. 1. P. 231-235.

ГХП - TATA — IXJ

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.