Создание новых пьезоэлектрических материалов с заданными свойствами и приборов на их основе

• Автор: Панич, Александр Анатольевич
• Шифр специальности: 05.27.06
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 381 с. : ил.

Содержание

Список принятых сокращений и терминов

Введение

Глава 1. Состояние проблемы исследования

1.1. Анализ возможных путей совершенствования технологий керамических пьезоматериалов

1.2. Модельные объекты

1. 2. 1.Структура перовскита

1.2.2. Изменения строения элементарных ячеек фаз со структурой

типа перовскита

1.2.3. Условия стабильности структуры

1.3. Способы синтеза твёрдых фаз со структурой типа перовскита

1.3.1. Метод твердофазных реакций (МТФР)
1.3.2. Различные виды состояния вещества
1.3.3. Методы активации твёрдых фаз
1.4. Изменение типа процесса синтеза целевой фазы
1.4.1. Методы получения порошков сегнетофаз с использованием
в качестве прекурсоров солевых и комплексных форм
1.4.2. Химические методы синтеза сегнетофаз, осуществляемые
при низких температурах
1.4.3. Технологии синтеза сегнетофаз, основанные на методе
структурного подобия (МСП) - «объемной химической сборки»
1.4.4.Заключение по аналитическому обзору
Глава 2. Технологии изготовления нано- и ультрадиснерсных порошков пьезофаз в рамках метода
структурного подобия (МСП)
2.1 Методы исследования
2.1.1.Теоретическое обоснование выбора методов исследования
2.1.2. Методики экспериментальных исследований процессов формирования порошков пьезофаз с
заданной микроструктурой
2.1.2.1. Микроскопия
2.1.2.2. Дифракционные методы анализа
2.1.2.3. Термический анализ
2.1.2.4. Лазерно-дифракционные методы анализа
2.2. Метод структурного подобия
2.2.1. Теоретические основы метода структурного подобия
2.2.2. Технологии изготовления растворов нитратных комплексов
Т1 (IV), Бп (IV) и гг (IV)
2.2.3. Разработка методик заполнения матриц ионами кальция
2.2.4. Методики синтеза фаз типа МеЭ03 (Ме = Са2+, 8г2+, Ва2+)
с использованием в качестве прекурсоров гидроксидов кальция, стронция и бария
2.2.5. Методики синтеза титанатов, цирконатов и станнатов свинца

2.3. Низкотемпературные технологии синтеза порошков
низколегированного титаната свинца и фаз системы ЦТС
2.3.1. Разрабопса методик заполнения матриц катионами, формирующими подрешёгку (А) фаз со структурой перовскига
2.3.2. Условия превращения первичных аморфных форм в кристаллические фазы со структурой перовскита
2.3.3. Способы варьирования кристаллохимического строения пьезофаз
2.3.4. Методы изготовления шихты с задаваемым размером
частиц и степенью дисперсности
2.3.5. Схемы низкотемпературных технологических процессов изготовления нано- и ультрадисперсных порошков пьезофаз низколегированного титаната свинца и фаз системы ЦТС
Глава 3. Формирование керамических каркасов с задаваемой
микроструктурой
3.1. Технологический процесс спекания прессзаготовок,
изготовленных из порошков твёрдых фаз
3.1.1. Рекристаллизация и рост зёрен
3.1.2. Процесс спекания пресспорошков
3.1.3. Влияние способов обработки порошков на процесс
спекания прессзаготовок
3.2. Технологические особенности изготовления керамических
материалов из нано- и ультрадисперсных порошков пьезофаз со структурой типа перовскита
3.3. Влияние параметров исходных частиц порошков пьезофаз на
тип и степень структурирования микроуровня пьезокерамики
3.4. Уравнения пьезоэлектрической среды
3.4.1. Влияние размеров частиц порошков пьезофаз на тип и степень структурирования мезоуровня пьезокерамики
3.5. Исследование влияния степени структурирования мезо-
и микроуровня пьезокерамики на её электрофизические свойства
3.5.1. Влияние размеров зёрен керамики на характеристики
её мезоструктуры и электрофизические параметры
3.5.2. Влияние размеров зёрен керамики на характеристики
её микроструктуры и электрофизические параметры
3.6. Формирование микроструктуры керамического каркаса
методом изменения напряжённости поляризующего поля
3.6.1. Приёмы изменения архитектуры керамического
каркаса под действием поляризующего поля
3.6.2. Оценка эффективности пьезоэлементов на
основе анизотропной керамики
3.6.3. Способы управления процессом формирования микроструктуры пьезокерамики на основе легированных фаз титаната свинца
3.6.4. Влияние типа и степени структурирования пьезокерамики
на основе легированных фаз РЬТ03 на значения её ЭФП

Глава 4. Создание новых пьезоэлектрических материалов с заданными свойствами для гидроакустических
пьезоприёмников и ультразвуковых излучателей
4.1. Сравнительная оценка эффективности пьезокерамических
материалов, применяющихся для изготовления
гидроакустических преобразователей (ГАП)
4.2. Физико-химические принципы создания керамических
материалов для ГАП с задаваемой
совокупностью ЭФП и МП
4.2.1. Методы синтеза пьезофаз
4.2.2. Спекание образцов и характеристики микроструктуры керамики
4.2.3. ЭФП пьезокерамических материалов на основе пьезофазы
состава Pb(Tio.35Zro;2i)(Zni/3Nb2/3)o.;i4(Nb2/3Nii/3)o.
4.2.3.1. Влияние размеров зёрен пьезокерамики на степень структурирования её мезоуровня
4.2.3.2. Влияние размеров зёрен керамики на характеристики
её микроструктуры и электрофизические параметры
4.3.Разработка технологий изготовления пьезокомпозиционных материалов (ПКМ) с различным типом связности фаз
из нано- и ультрадисперсных порошков пьезофаз
со структурой типа перовскита
4.3.1. Характеристика исходных пьезоматериалов
4.3.2. Методики и способы исследования пьезокомпозитов
4.3.3. Разработка технологий изготовления пьезокомпозиционных материалов со связностью типа 1-3, 1-1-3, 2-2 и2-3из нано- и ультрадисперсных порошков пьезофаз
со структурой типа перовскита
4.3.4. Разработка технологий изготовления пьезокомпозитов типа 3-3 и 3-0, основанных на методе структурного подобия керамического каркаса
4.3.4.1. Исследование влияния природы порообразователя
на тип связности пьезокомпозита
4.3.4.2. Технология формирования различных типов
пористых каркасов с использованием порообразователей
4.3.4.3. Разработка приёмов и способов формирования заданной микроструктуры керамических каркасов с использованием технологии, основанной на
удалении порообразователей из системы
4.3.4.4. Технология формирования керамических каркасов, основанная на процессе разложения аморфной фазы, формирующейся в процессе метода структурного
подобия целевого продукта
4.3.5. Связующие
4.3.6. Электроды и поляризация пьезокомпозитов типа 3 -0 и
4.3.7. Технология пропитки и герметизации
4.4. Исследование влияния размеров частиц порошков пьезофаз со структурой типа перовскита и степени их совершенства на тип и степень структурирования мезо- и

продукта, образующегося на границе раздела частиц. Однако энергия активации этих процессов достаточно велика, поэтому влияние ультразвука на их скорость (при низких температурах) не может быть значительным: положительный эффект указанного воздействия может наблюдаться только при высоких температурах при условии высокой дефектности поверхностных слоев взаимодействующих частиц.
1.4. Изменение типа процесса синтеза целевой фазы.
В разделе 1.3 рассмотрены технологические операции процессов синтеза порошков твёрдых фаз, основанных на МТФР. Одним из ключевых приёмов, используемых в рамках этих технологий, является диспергирование порошков прекурсоров за счёт их истирания, механического или термического удара, давления, взрыва, лазерного, ультразвукового, электроискрового или дугового воздействий и Т.Д.
Однако, как отмечалось выше, эти приёмы не всегда обеспечивают заданный химический, фазовый и гранулометрический состав целевых продуктов реакций, что стимулирует поиск новых подходов для решения проблем сегнетоэлектрического материаловедения. Одним из таких подходов может быть изменение механизма синтеза целевых фаз, основанного на изменении состава исходных веществ. К таким методам относится, например, термическая деструкция металлоорганических соединений, методы соосаждения метастабильных фаз, распылительная сушка растворов солей, кристаллизация целевого продукта из газовой фазы или в процессе сублимации растворителя и т.д.
В настоящее время можно выделить две основные группы подходов к путям совершенствования методов синтеза целевых фаз, которые предусматривают замену традиционных прекурсоров на новые исходные фазы. Первый из них включает стадии синтеза традиционных исходных веществ в активном состоянии с последующим их твёрдофазным взаимодействием. Такие технологические схемы фактически призваны модернизировать МТФР, что иллюстрирует рисунок 1.8.