ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ПРИМЕСНЫХ ФАЗ ИСХОДНОГО СЫРЬЯ НА СВОЙСТВА СЕГНЕТОЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ КЕРАМИКИ СИСТЕМЫ ЦТС
Аннотация
В процессе серийного изготовления сегнетоэлектрических материалов в исходном сырье пе-
риодически наблюдаются примеси различного типа и концентрации. Целью исследования было
определение влияния примесных фаз присутствующих в исходном сырье на диэлектрические и
электрофизические свойства сегнетоэлектрической керамики. В работе методом спектрального
анализа исследованы базовые сырьевые компоненты входящие в систему цирконата - титаната
свинца на наличие примесных составляющих. В результаты была выявлена группа примесных фаз
(Sb, Na, Bi, K, Fe) различной концентрации. Модельным объектом исследования был выбран про-
мышленно выпускаемый сегнетоэлектрический материал со структурой перовскита и химической
формулой Pb0,95Sr0,05(Zr0,53Ti0,47)O3 + 1% Nb2O5. Задача исследования состояла в дозированном
введении примесных легирующих добавок в состав исходного сегнетоэлектрического материала с
целью возможного изменения конечных свойств. В ходе исследования установлена актуальность
дозированного введения примесей K и Na в концентрации 1–2 % в систему ЦТС с целью снижения
значений относительной диэлектрической проницаемости на 40–45 %. Методом растровой элек-
тронной микроскопии установлены зависимости формируемой керамической структуры от вве-
дённых примесных легирующих фаз. Установлены закономерности «тип примесной добавки –
микроструктура – свойства». В результате исследования подтверждена эффективность дозиро-
ванного введения примесных легирующих добавок K и Na в целях модификации свойств сегнето-
электрической керамики системы ЦТС. Такое примесное легирование приводит к повышению значений
удельной чувствительности по напряжению (g33) до 34–37 мВ·м/Н. Сегнетоэлектрические материалы
такого формата представляют высокий практический интерес для создания акустических пре-
образователей работающих в режиме приёма.
Литература
1987, 62 8, pp. 3331-3338.
2. Malykhin A.Yu., Dykina L.A., Oparina A.E. [i dr.]. Patent № 2024620147 Rossiyskaya Federatsiya.
11.01.2024 [Patent No. 2024620147 Russian Federation. 11.01.2024].
3. Bhatti H.S., Hussain S.T., Khan F.A., Hussain S. Synthesis and induced multiferroicity of perovskite
PbTiO3; a review, Appl. Surf. Sci., 2016, 367, 291.
4. Wight J. Cellular Ceramics–Structure Manufacturing, Properties and Applications. Wiley-VCH,
Weinheim, 2005.
5. Pabst W., et al. Processing, microstructure, properties, applications and curvature-based classification
schemes of porous ceramics, Alan Newton, ed. NY, Nova Science Publishers Inc., 2017.
6. Lee S.H. et al. Fabrication of porous PZT-PZN piezoelectric ceramics with high hydrostatic figure of
merits using camphene-based freeze casting, J. Am. Ceram. Soc., 2007, 90 (9), 2807. DOI:
10.1111/j.1551-2916.2007.01834.x.
7. Zeng T. et al. Effects of pore shape and porosity on the properties of porous PZT 95/5 ceramics, J.
Eur. Ceram. Soc., 2025 (2007), 27 (4). DOI: 10.1016/j.jeurceramsoc.2006.05.102.
8. IEEE standard on piezoelectricity, in ANSI/IEEE Std. NY: The Institute of Electrical and Electronics
Engineers Inc., 1988. DOI: 10.1109/IEEESTD.1988.79638.
9. Shvetsova N.A. et al. Method of electromechanical characterization of ferroelectric materials, Ferroelectrics,
2020, 561 (1), 100. DOI: 10.1080/00150193.2020.1736921.
10. Aleshin V.A. et al. Piezoelectric properties of layered bismuth-containing ferroelectric ceramics with a
high degree of texture, J. Tech. Phys., 1989, 59, 152. DOI: 10.1080/00150190211810.
11. Tret'yakov Yu.D. Tverdofaznye reaktsii [Solid-phase reactions]. Moscow: Khimiya, 1978, 360 p.
12. Materialy p'ezokeramicheskie. Tekhnicheskie usloviya (otraslevoy standart) OST 110444 – 87
[Piezoceramic materials. Technical conditions (industry standard) OST 110444 – 87]. Moscow, 1987.
13. Fesenko E.G., Dantsiger A.Ya., Razumovskaya O.N. Novye p'ezokeramicheskie materialy [New
piezoceramic materials]. Rostov-on-Don: Izd-vo Rostov. un-ta, 1983.
14. Panich A.A., Marakhovskiy M.A., Motin D.V. Kristallicheskie i keramicheskie p'ezoelektriki [Crystalline
and ceramic piezoelectrics], Inzhenernyy vestnik Dona [Engineering Bulletin of the Don], 2011,
No. 1.
15. Yamada H. Pressureless sintering of PMN-PT ceramics, Journal of the european ceramic society,
1999, 19 (6-7), pp. 1053-1056.
16. 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, 296, pp. 149-155.
17. Liou Y.C. Stoichiometric perovskite PMN-PT ceramics produced by reaction-sintering process, Materials
science and engineering: B, 2003, 103 (3), pp. 281-284.
18. Sharapov V.M., Minaev V.G., Sotula Zh.V., Kunitskaya L.G. Elektroakusticheskie preobrazovateli
[Electroacoustic transducers]. Moscow: Tekhnosfera, 2013, 296 p.
19. Bogush M.V. P'ezoelektricheskoe priborostroenie. T. III. P'ezoelektricheskie datchiki dlya
ekstremal'nykh usloviy ekspluatatsii [Piezoelectric instrument making. Vol. III. Piezoelectric sensors
for extreme operating conditions]. Rostov-on-Don: Izd-vo SKNTS VSh, 2006, 335 p.
20. Belinkur D., Kerran D., Zhaffe G. P'ezoelektricheskie i p'ezomagnitnye materialy i ikh primenenie v
ul'trazvuke [Piezoelectric and piezomagnetic materials and their application in ultrasound],
Fizicheskaya akustika [Physical acoustics], Vol. 1, Part A., ed. by U. Mezona. Moscow: Mir, 1966,
pp. 204-324.
21. Anan'eva A.A. Keramicheskie priemniki zvuka [Ceramic sound receivers]. Moscow, 1963.
22. Marakhovskiy M.A., Marakhovskiy V.A., Miryushchenko E.A., Panich E.A. Issledovanie vozmozhnosti
sozdaniya novykh polifaznykh p'ezomaterialov dlya gidroakusticheskikh preobrazovateley. GA-2018
[Study of the possibility of creating new polyphase piezoelectric materials for hydroacoustic transducers.
GA-2018]. Saint Petersburg, 2018, 616 p.
23. Marakhovskiy M.A., Nesterov A.A., Svirskaya S.N., Panich A.E. Izmenenie mekhanizma spekaniya
poroshkov p'ezomaterialov, kak sposob snizheniya temperatury formirovaniya plotnykh
keramicheskikh karkasov [Changing the sintering mechanism of piezoelectric material powders as a
way to reduce the formation temperature of dense ceramic frameworks], Inzhenernyy vestnik Dona
[Engineering Bulletin of the Don], 2013, No. 2.
