Статья

Название статьи ПОЛУЧЕНИЕ ПЬЕЗОКЕРАМИКИ СИСТЕМЫ PMN-PT МЕТОДОМ ИСКРОВОГО ПЛАЗМЕННОГО СПЕКАНИЯ
Автор М.А. Мараховский, А.А. Панич
Рубрика РАЗДЕЛ V. НАНОТЕХНОЛОГИИ И МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ
Месяц, год 06, 2017
Индекс УДК 666.655
DOI
Аннотация Работа посвящена исследованию различных методов спекания керамики из многокомпонентной системы (1–х)Pb(Mg1/3Nb2/3)O3–хPbTiO3 (PMN-PT), имеющей высокий прикладной потенциал. Помимо преимуществ, материалы указанной системы обладают и недостатками, возникающими в процессе изготоления. С целью устранения недостатков при изготовлении, кроме традиционных методов спекания в камерной печи в атмосферном давлении и горячего прессования, керамические образцы были изготовлены новым перспективным методом искрового плазменного спекания (SPS). Метод SPS по сравнению с традиционным спеканием при атмосферном давлении, позволяет проводить процесс спекания за десятки минут, при сниженных на 100–300 °С, температурах спекания, обеспечивая мелкозернистую монофазную структуру керамики. Такая микроструктура способствует повышению механических и электрофизических параметров получаемой керамики. Методами рентгенофазового анализа и растровой электронной микроскопии установлены зависимости формируемой керамической структуры от одноосного механического давления при спекании и от температуры процесса. Актуальность работы состоит в совершенствовании технологического процесса изготовления керамики за счёт снижения температуры спекания, сокращения продолжительности процесса и, соответственно, сокращения энергозатрат на нагрев. Новизна работы состоит в сопоставлении результатов спекания керамики PMN-PT методом искрового плазменного спекания с результатами спекания другими способами (спекание в камерной печи, горячее прессование), сравнении полученных параметров, обозначении преимуществ и недостатков. Подтверждена принципиальная возможность получения методом искрового плазменного спекания с высокими электрофизическими параметрами. В качестве выводов сформулированы перспективы использования метода искрового плазменного спекания для получения функциональных керамик других систем.

Скачать в PDF

Ключевые слова Пьезокерамика; искровое плазменное спекание (SPS); горячее прессование; микро-структура; электрофизические параметры.
Библиографический список 1. Lim L.C. Single crystal preparation techniques for manufacturing piezoelectric materials // Advanced piezoelectric materials: science and technology. – 2010. – P. 412-440.
2. Jiwei Z., Bo S., Liangying Z., Xi Y. Preparation and dielectric properties by sol-gel derived PMN-PT powder and ceramic // Physical sciences and astronomy. – 2000. – Vol. 64 (1).
– P. 1-4.
3. Yamada H. Pressureless sintering of PMN-PT ceramics // Journal of the european ceramic society. – 1999. – Vol. 19 (6-7). – P. 1053-1056.
4. Lente M.H., Zanin A.L., Assis S.B., Santos I.A., Garcia D., Eiras J.A. Ferroelectric domain dynamics in PMN-PT ceramics // Ferroelectrics. Gordon and Breach Science Publishers.
– 2003. – Vol. 296. – 149-155.
5. Liou Y.C. Stoichiometric perovskite PMN-PT ceramics produced by reaction-sintering process // Materials science and engineering: B. – 2003. – Vol. 103 (3). – P. 281-284.
6. Guo H.K., Fu G., Tang X.G., Zhang J.X., Chen Z.X. The dielectric relaxation relationship of PMN - PT ceramics // Journal of physics: condensed matter. – 1998. – No. 10 (18). – P. 297-302.
7. Talanov M.V., Shilkina L.A., Reznichenko L.A. Anomalies of the dielectric and electromechanical responses of multicomponent ceramics on the basis of PMN-PT near the morphotropic phase boundary // Sensors and actuators a: physical. – 2014. – Vol. 217. – P. 62-67.
8. Zhao W., Ruan W., Zhao K., Zeng J., Li G., Wei X., Wang Y. Electric-field induced strain and dielectric properties of Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-PbTiO3 ceramics // Ferroelectrics. – 2015.
– Vol. 488 (1). – P. 89-96.
9. Lu S.G., Cai Z.H., Ouyang Y.X., Deng Y.M., Zhang S.J., Zhang Q.M. Electrical field depend-ence of electrocaloric effect in relaxor ferroelectrics // Ceramics international. – 2015.
– Vol. 41 (S1). – P. 15-18.
10. La Saponara V., Horsley D.A., Lestari W. Structural health monitoring of glass/epoxy compo-site plates using PZT and PMN-PT transducers // Journal of engineering materials and tech-nology. Transactions of the American society of mechanical engineers. – 2011. – Vol. 133 (1). – P. 011-011.
11. Zuo R., Granzow T., Lupascu D.C., Rödel J. PMN-PT ceramics prepared by spark plasma sintering // American Ceramic Society. – 2007. – No. 90(4). – P. 1101-1106.
12. Marder R., Caim R., Estournès C, Chevallier G. Plasma in spark plasma sintering of ceramic particle compacts // Scripta materialia. – 2014. – Vol. 82. – P. 57-60.
13. Munir Z.A., Anselmi-Tamburini U., Ohyanagi M. The effect of electric field and pressure on the synthesis and consolidation of materials: A review of the spark plasma sintering method // Journal of Materials Science. – 2006. – Vol. 41. – P. 763-777.
14. Ilyina A.M., Aleksandrova E.V., Grigoryev E.G., Olevsky E.A. Influence of the electric current on the spark-plasma sintering processing // Journal of Vector Scince. – 2013. – No. 3 (25).
– P. 185-187.
15. Федосова Н.А. Керамический композиционный материал с углеродными нанотрубками, полученный по технологии искрового плазменного спекания // Стекло и керамика.
– 2015. –№ 1. – C. 14-17.
16. Borrell A., Torrecillas R., Rocha V.G., Fernández A., Bonache V., Salvador M.D. Effect of CNFS content on the tribological behaviour of spark plasma sintering ceramic-CNFS compo-sites // J. Wear. – 2012. – P. 274-275.
17. Анненков Ю. М., Акарачкин С. А., Ивашутенко А.С. Механизм искрового плазменного спекания керамики // Бутлеровские сообщения. – 2012. – № 30 (4). – C. 74-78.
18. Токита М. Тенденции в развитии систем искрового плазменного спекания и технологии // Журнал общества специалистов порошковых технологий. – 1993. – Т. 30 (11).
– С. 790-804.
19. Bernard-Granger G., Benameur N., Guizard C., Nygren M. Influence of graphite contamination on the optical properties of transparent spinel obtained by spark plasma sintering // Scripta materialia. – 2009. – Vol. 60 (3). – P. 164-167.
20. Nygren M., Shen Z. On the preparation of bio-, nano- and structural ceramics and composites by spark plasma sintering // Solid state sciences. – 2003. – No. 5 (1). – P. 125-131.

Comments are closed.