Влияние атмосферы спекания на структуру и свойства пьезокерамики

Утяченко Е.К., Прилипко Ю.С. Влияние атмосферы спекания на структуру и свойства пьезокерамики Показаны влияния технологических факторов при производстве материалов ЦТС на свойства готового продукта.

Обладая набором ценных электрофизических свойств, чувствительных к внешним воздействиям (тепловым, электрическим, магнитным, механическим, радиоактивным и другим), материалы на основе цирконата–титаната свинца (ЦТС) нашли широкое применение в различных отраслях промышленности. Расширение профиля их использования предопределило как создание новых составов, так и ужесточение, требований к технологиям изготовления существующих материалов.

При создании силовых устройств, работающих в динамических условиях, наиболее затребованными являются пьезокерамические материалы многокомпонентных составов различной сегнетожесткости ЦТССт–3, ЦТСтБС–2 и ЦТСтБС–1. Для получения таких составов оптимальной является керамическая технология, в основе которой лежит метод твердофазного взаимодействия механически приготовленной смеси оксидов и карбонатов.

Для материалов системы ЦТС снижение температуры синтеза является немаловажным обстоятельством, поскольку с ростом температуры значительно увеличивается вероятность потери оксида свинца из–за его летучести и, как следствие, нарушение стехиометрии составов. Приведены результаты по влиянию физико–химического состояния исходных компонентов (предыстории получения, примесей, дисперсности, структурных особенностей) на технологические условия получения и свойства пьезокерамических материалов.

Установлена корреляция между типом модифицирующих добавок в составе материала ЦТС и температурой его синтеза. Для «сегнетожестких» материалов она составляет (860 ± 10) ^oC, для материалов «средней жесткости» —(880 ± 10) ^oC,для «сегнетомягких» —(930 ± 10) ^oC при продолжительности синтеза 4 часа и высоте слоя порошка на подложке 50–60 мм.

Рассмотрено активирующее влияние ультразвуковой (УЗ) обработки шихты в воде (≈0,3 часа), приводящее к снижению температуры синтеза на ≈100 ^oC и повышению свойств материалов при уменьшении их разброса приблизительно в 2,5 раза. Дальнейшее УЗ–диспергирование (1 час, 3 часа) приводит к уменьшению размера частиц до ≈50 нм, дополнительному снижению температуры синтеза на ≈50 ^oC, но уровень свойств при этом также резко снижается, что связано со сдвигом состава в тетрагональную область морфотропного фазового перехода.

Выяснена роль атмосферы при синтезе твердых растворов, что важно при выборе аппаратурного оформления данной стадии. Показана возможность улучшения электрофизических параметров на 5–15% только за счет использования более окислительной среды.

Показано, что выполнение требований к качеству синтезированных порошков по дисперсности возможно при использовании во время диспергирования в качестве ПАВ воды (0,3–0,5% масс.) при соблюдении параметров виброизмельчения (соотношение Ш:М, частота и амплитуда колебаний, время) фактор масштабирования практически не изменяет качество материала при Sуд ≤ 0,4 м₂/г.

Учет и преодоление негативных факторов керамической технологии позволяет преодолеть преимущества методов растворной химии и производить материалы с высокими и воспроизводимыми свойствами.