Влияние метода синтеза на электрофизические свойства твердых растворов (1-x)BaTiO₃-xNa_0.5Bi_0.5TiO₃

Авторы: Т.А. Плутенко, О.И. Вьюнов
Источник: http://www.nas.gov.ua/conferences...

Влияние метода синтеза на электрофизические свойства твердых растворов (1-x)BaTiO₃-xNa_0.5Bi_0.5TiO₃

Известно, что твердые растворы (1-x)BaTiO₃-xNa_0.5Bi_0.5TiO₃ проявляют эффект положительного температурного коэффициента сопротивления (ПТКС) при высоких температурах (>130 °С). ПТКС-керамика характеризуется наличием полупроводниковых ядер и диэлектрических границ зерен. Полупроводниковые свойства ядра обусловлены наличием ионов Ti³⁺, которые возникают во время спекание материалов в восстановительной атмосфере. При охлаждении в воздушной атмосфере границы зерен керамики окисляются с образованием диэлектрических фаз. Вследствие того, что температура спекания BaTiO₃ (1400 °С) значительно превышает температуру спекания Na_0.5Bi_0.5TiO₃ (1050 °С), спекание твердого раствора (1-x)BaTiO₃-xNa_0.5Bi_0.5TiO₃ происходит при T > 1280 °С. При этом наблюдаются значительные потери натрия и висмута, что приводит к образованию керамики с низкими температурами Кюри. Для снижения температуры спекания керамики (1-x)BaTiO₃-xNa_0.5Bi_0.5TiO₃ необходимо снизить температуру образования промежуточной фазы BaTiO₃. Для этого используют альтернативные методы синтеза порошков. Метод оксалатного соосаждения является одним из самых простых и часто используемых способов синтеза. Технология синтеза существенно влияет на микроструктуру керамики и, как следствие, на ее электрофизические свойства. Однако литературные данные относительно влияния разных методов синтеза на условия спекания и свойства керамики (1-x)BaTiO₃-xNa_0.5Bi_0.5TiO₃ отсутствуют.

Поэтому целью данной работы является синтез материалов (1-x)BaTiO₃-xNa_0.5Bi_0.5TiO₃ с использованием метода твердофазных реакций (ТР) и оксалатного соосаждения (ОС) и исследования влияние различных методов синтеза на температуру спекания и электрофизические свойства керамики (1-x)BaTiO₃-xNa_0.5Bi_0.5TiO₃.

При получении керамики (1-x)BaTiO₃-xNa_0.5Bi_0.5TiO₃ методом ТР в качестве исходных реагентов использовали Na₂CO₃, Bi₂O₃ и TiO₂, в качестве барийсодержащей добавки ¬– BaCO3. При получении керамики (1-x)BaTiO₃-xNa_0.5Bi_0.5TiO₃ методом ОС использовали BaTiO₃, полученный методом оксалатного соосаждения. Керамику (1-x)BaTiO₃-xNa_0.5Bi_0.5TiO₃ спекали в восстановительной атмосфере в интервале температур 1050-1250 °С. Окисление образцов проводили в воздушной атмосфере при 600-700 °С. С помощью полнопрофильного анализа Ритвельда уточняли структурные параметры материалов. Образцы керамики исследовали с помощью метода комплексного импеданса в широком частотном и температурном интервалах.

Методом РФА было показано, что образование твердого раствора (1-x)BaTiO₃-xNa_0.5Bi_0.5TiO₃ в случае синтеза методом ТР происходит при температурах выше 970°C, а в случае синтеза методом ОС – при температурах выше 800°C. Установлено, что в материалах (1-x)BaTiO₃-xNa_0.5Bi_0.5TiO₃, где х=0.1, 0.2 и 0.3, при синтезе методом ТР потери висмута составляют 1.6, 2.1 и 2.9 масс. %, натрия – 12, 19 и 26 масс. % соответственно. В материалах, синтезированных методом ОС, потери висмута составляют 0, 0.2 и 0.4 масс. %, а натрия – не превышают 5.4, 9.2 и 17 масс. % соответственно. Полученные данные показывают, что в случае метода ОС потери натрия и висмута снижаются по сравнению с методом ТР при всех исследованных концентрациях добавок, что связано с уменьшением температуры спекания керамики. Показано, что значения температур Кюри материалов, полученных методом ОС выше, чем у материалов полученных методом ТР, что связано с уменьшением потерь висмута и натрия при спекании. Показано, что минимальные значения сопротивлений ρ_min материалов ниже, а максимальное значение ρ_max и кратность изменения сопротивления ρ_max/ρ_min выше у образцов, синтезированных методом ОС в сравнении с методом ТР.