ПЕРСПЕКТИВЫ МЕТОДОВ ИНТЕНСИВНОГО СПЕКАНИЯ ПЬЕЗОКЕРАМИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

Аннотация

Исследована возможность вариации свойств пьезоэлектрических керамик разного типа назначения. Цель исследования заключалась в вариации свойств путём изменения технологических факторов при изготовлении пьезокерамики без модифицирования их хи- мического состава. На важнейшем технологическом этапе – спекании – задаются плот- ность, твёрдость и прочность пьезокерамики, непосредственно влияющие на её электро- физические параметры, т.к. пьезоэффект – это электромеханическое преобразование. Особенный интерес представляют методы спекания объединяющие процесс консолидации частиц с нагревом – горячее прессование и искровое плазменное спекание. Такие методы, за счёт создаваемого одноосного давления, интенсифицируют диффузионные процессы мас- сопереноса при спекании, способствуя получению пьезокерамики повышенной плотности при одновременном понижении температур спекания. Однако, в отличие от горячего прес- сования, при искровом плазменном спекании между частицами порошка возникают искро- вые разряды, что в сочетании со сверхбыстрым нагревом (до 1000 ºС/мин), формирует мелкозернистую монофазную структуру керамики. Такая микроструктура способствует повышению механических и электрофизических параметров получаемой керамики. Задача исследования состояла в апробации предлагаемых методов спекания на пьезоэлектриче- ских материалах различных составов с целью управления их свойствами. В качестве объ- ектов исследования использовались пьезокерамические материалы на основе системы цир- конат-титаната-свинца и их модификации, в том числе многокомпонентные, имеющие высокий прикладной потенциал, а также бессвинцовый сегнетоэлектричский материал Ba0.55Sr0.45TiO3 (BST). Методом растровой электронной микроскопии установлены зависи- мости формируемой керамической структуры от метода спекания и от температуры процесса. Установлены закономерности «метод спекания – микроструктура – свойства». В результате исследования подтверждена эффективность методов горячего прессования и искрового плазменного спекания в целях вариации свойств пьезокерамики различного ти- па назначения, что в совокупности с понижением температур спекания, а также сокра- щением длительности процесса (в 36 раз!) актуально с точки зрения энергосбережения.