Фазовые превращения и магнитодиэлектрический эффект в бинарных и тройных системах на основе ниобата натрия, феррита висмута и титана свинца

• Автор: Андрюшин, Константин Петрович
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Ростов-на-Дону
• Количество страниц: 232 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ПЕРЕЧЕНЬ СОКРАЩЕНИЙ И ОБОЗНАЧЕНИЙ, ИСПОЛЬЗУЕМЫХ В РАБОТЕ
Введение
Актуальность темы, цель и задачи работы, научная новизна, практическая значимость, основные научные положения, выносимые на защиту, достоверность, надежность и обоснованность полученных результатов,-личный-вклад автора в разработку проблемы, апробация результатов работы, публикации, структура и объем работы, краткое содержание глав
Елава 1 Бессвинцовая керамика на основе ниобатов щелочных металлов.
Мультиферроики. Многокомпонентные системы на основе системы Цтс
(ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР)
1.1 Бессвинцовых пьезокерамические материалы
1.1.1 Анизотропные материалы
1.1.2 Высокочувствительные материалы
1.1.3 Материалы с высокой механической добротностью
1.1.4 Материалы с высокой диэлектрической проницаемостью
1.1.5 Керамики с высокими Кр (пьезоактивностью)
1.1.6 Материалы со средними значениями Кр и ()т
1.1.7 Высокотемпературные материалы
1.2 Мультиферроидные материалы
1.2.1 Обоснование особой роли феррита висмута и интереса к нему
1.2.2 Получение феррита висмута и твердых растворов на его основе
1.2.3 Исследования свойств
1.2.4. Магнитные свойства
1.2.5 Материалы на основе феррита висмута
1.2.6 Введение легирующих добавок
1.3 Многокомпонентные сегнетопьезокерамические материалы на основе ЦТС: проблемы создания, свойства, перспективы
1.3.1 Краткая история исследований многокомпонентных сегнетопьезокерамических материалов на основе ЦТС
1.3.2 Материалы с высокой диэлектрической проницаемостью для
низкочастотных приемных устройств
1.3.3 Материалы устойчивые к электрическим воздействиям
Краткие выводы. Постановка цели и задач работы
Глава 2 ОБЪЕКТЫ. МЕТОДЫ ПОЛУЧЕНИЯ И ИССЛЕДОВАНИЯ ОБРАЗЦОВ
2.1. Объекты исследования

2.1.1 Трехкомпонентная система (1-х-у)Ха1ЧЬ03 -хК№Ю3 -.уСйоМЮз
2.1.2 Феррит висмута, легированный редкоземельными элементами
2.1.3 Твердые растворы состава (РЬ1_а1_а.25га1Ваа2)ТЮ3
2.1.4 Многокомпонентная система (РЬг_а _а25га1Ваа2),
ГГ1х2Гу((НЬ2/з7п1уз)(ЫЬ2/зМ§1/.з))1_л;_:У]Оз
2.1.5 Промышленно выпускаемые материалы
2.2. Методы получения образцов
2.2.1 Получение образцов трехкомпонентной системы (1 -х-у)№ЫЬ03 -хКМЮз-уСй0 5ЫЬ03
2.2.2 Получение образцов Вц.хЯхЕе03
2.2.3 Получение образцов системы (РЬ1_а1_а25га1Ваа2)ТЮ3
2.2.4 Получение образцов многокомпонентной системы (РЬ,, а 5га Ваа ),
[Т1*2гу((МЬ2/з2п1/з)(МЬ2/з]У1/з))1_.|;_:У]С)з
2.2.5 Получение образцов промышленно выпускаемых материалов
2.2.6. Механическая обработка
2.2.7 Металлизация
2.2.8 Поляризация
2.3. Методы исследования образцов
2.3.1 Рентгеноструктурный анализ
2.3.2 Определение плотностей (измеренной, рентгеновской, относительной)
2.3.3 Исследования микроструктуры
2.3.4 Измерения диэлектрических, пьезоэлектрических и упругих характеристик при комнатной температуре
2.3.5 Исследование относительной диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь в широком интервале температур и частот(30(Н1000)К и частот (25М06) Гц
2.3.6 Низкотемпературные исследования термочастотного поведения в интервалах температур (1 (КЗ 00)К и частот измерительного электрического поляот(1(Г2-2*107) Гц
2.3.7 Исследования явления электромеханического гистерезиса и измерение
обратных пьезомодулей
2.3.8. Осциллографический метод изучения Р(Е) зависимостей
2.3.9 Установка и метод исследования реверсивной нелинейности
2.3.10 Изучение магнитодиэлектрического эффекта
Глава 3 ТРЕХКОМПОНЕНТНАЯ СИСТЕМА (1 -х-у) №ЫЬ03 - хК1МЮ3-
уС0 эИЬОз

3.1. Плотности, симметрии, параметры ячеек твердых растворов системы (комнатная температура)
3.2 Фазовая диаграмма, диэлектрические, пьезоэлектрические и упругие свойства твердых растворов системы
3.3 Эволюция диэлектрических спектров при увеличении содержания ниобата кадмия
3.4 Влияние циклически изменяющегося постоянного электрического поля на диэлектрические свойства керамик
3.5 Особенности- свойств твёрдых растворов системы, определяемые характером
химической связи (электроотрицаетльностью, степенью ковалентности)
Г лава 4 Изоморфные замещения ионов в феррите висмута и их влияние на термическую устойчивость, кристаллическую структуру, диэлектрические и магнитные свойства твердых растворов
4.1 Термическая устойчивость и электропроводность В1Ее03/РЗЭ
4.2 Оптимизация технологических регламентов
4.3 ВИ'еОз/Кс: структура и микроструктура керамики В1Ре03/ РЗЭ (РЗЭ= Рг, Бт, Ей, вй)
4.3.1 Керамики В1Ре03/РЗЭ (РЗЭ= Рг, Бт)
4.3.2 Керамики В1Ре03/РЗЭ (РЗЭ= Ей, Ой)
4.4 Ренгеноструктурные исследования высокотемпературного мультиферроика феррита висмута, немодифицированного и модифицированного редкоземельными элементами
4.5 Влияние кристаллохимических особенностей редкоземельных элементов на кристаллическую структуру, диэлектрические и магнитные свойства твердых растворов В1Ее03- АЕе03 (где А= Ьа, Рг, N0, Бт, Ей, Уй, ТЬ, Бу, Но, Та, Ьи)
4.6 Параметры низкотемпературной релаксации диэлектрической проницаемости
4.7 Релаксационная динамика, СВЧ-поглощение и вторичная периодичность свойств феррита висмута, модифицированного редкоземельными элементами
4.8 Анизотропный магнитодиэлектрический эффект в керамике Вц_хЕихРе03
4.9 Магнитоэлектрические свойства керамики В11.х0йхЕе03
Г лава 5 Разработанные Материалы и технологии
5.1 Бессвинцовые материалы
5.1.1 Бессвинцовые материалы на основе ТР трехкомпонентной системы (1-х-
у)ЫаКЬ03 - хКМЮз - уСй0 5МЬ03
5.1.2. Бессвинцовые материалы на основе (№, Ы)МЮ3
5.1.3 Бессвинцовые материалы на основе 1лМЮ3
тройной системе. Полученные данные показывают перспективность данной системы для использования в низкочастотных приемных устройствах.
Ввиду того, что малое количество допирующего элемента, значительно улучшало свойства PZT, а также учитывая синтезированные тройные оксиды [145-148], авторы [144] получили и исследовали диэлектрические и пьезоэлектрические свойства Pb0.96Sr0.04 0,74(Mg1/3Nb2/3)o.2o (Zn1/3Nb2/3)o.o6] 03 в диапазоне
<у<0.57. Образцы данной системы находились вблизи морфотропной области. Результаты РФА и пьезоэлектрических измерений показали, что при у = 0,51 составы соответствуют МФГ' между тетрагональной и псевдокубической фазами. Из-за сосуществования фаз на границе раздела, существует регионы различные симметрии (РРС) вблизи МФГ. Движение границы РРС увеличивает е/е0 и пьезоэлектрические коэффициенты. КР и пьезоэлектрические постоянные выше для составов вблизи МФГ, но значения VR являются самыми низкими. Существование РРС рассматривается как причина снижения VR [149, 150].
Благодаря РРС включающим тетрагональную псевдокубические фазы, межфазные границы дополнительно рассеивают скорость по сравнению с другими составами. Также установлено, что максимум е33 /е0 смещается в тетрагональную область, и не совпадает с пиком КР. Ниже представлены результаты исследования КР, Аз и частотной постоянной для указанной системы.

Conipovilion fy)
Comjxrsilitsi су»
Рисунок 1.5 Зависимость КР от состава системы Pb096Sr0 04[(Zr, -уТІу)о 74(Mg1/3 Nb2/3)o 2o(Zni/3Nb2/3)o 0б]О3
Рисунок 1.6 Зависимость частотной постоянной и пьезоэлектрических напряжение ЙЗЗ от состава системы РЬо9б8г0си[Гі-уТіу)о74(М§і/3
ЬІЬ2/3)о гоПі/зЬІЬг/зІо об]03
Другим материалом с высокой є/є0 является система РМУ- РУМ-РТР/. Так в работе [151] приведены результаты исследования ТР следующего состава
0.01Pb(Mg|/2Wl/2)Oз-0.41Pb(Ni1/3Nb2/3)03-0.35PbTiOз-0.23PbZr03 0.1 - 0.3 мол.% У203 + хТпО. Авторами показано изменение структуры от ПСК до тетрагональной, а также увеличение среднего размера размера зерен 4 мкм до 8 мкм (рис. 1.7) при увеличении содержания ZnO. Особо необходимо отметить смещение Тс в область более высоких Т от 162 до 232 °С, с увеличением ZnO (рис. 1.8). Установлено, что