ISBN 978-5-9275-0736-8
В монографии обсуждены проблемы формирования различных уровней структурирования керамических материалов на основе фаз кислородно-октаэдрического типа
(от нано- до микроуровня) и влияние элементов архитектуры керамических каркасов
на электрофизические параметры пьезоэлектрических материалов, создаваемых на их
основе. <...> Рассмотрены проблемы синтеза пьезофаз методом твёрдофазных реакций, обсуждены преимущества и недостатки формирования фаз со структурой типа перовскита при низких температурах. <...> Предназначена для химиков, физиков и технологов, занимающихся изготовлением
пьезопреобразователей различных типов на основе керамики, сформированной из пьезофаз кислородно-октаэдрического типа, а также будет полезна научным сотрудникам,
аспирантам и студентам, специализирующимся в области материаловедения, химии и
физики твёрдого тела и неорганической химии. <...> В настоящее время наибольшее распространение
получили пьезоматериалы на основе фаз кислородно-октаэдрического типа. <...> . Основными недостатками изготавливаемых на основе таких
фаз пьезопреобразователей являются низкая воспроизводимость их электрофизических параметров (ЭФП) и изменение этих параметров в процессе
эксплуатации (старение). <...> Указанные проблемы предопределяются, с одной
стороны, несовершенством традиционных высокотемпературных способов
синтеза фаз указанного типа, основанных на методе твёрдофазных реакций
(МТФР), а с другой – ограниченным набором известных и не всегда совершенных способов, призванных управлять процессами первичной и вторичной рекристаллизации пресс-заготовок при их обжиге. <...> Основной недостаток МТФР – высокие температуры процессов (в сочетании с длительностью
термообработки), что приводит к нарушению состава продуктов реакции за
счёт испарения из системы прекурсоров или их термического разложения. <...> Так, суммарная потеря образцами PbO при изготовлении керамики на основе фаз системы <...>
Современные__проблемы_материаловедения_керамических__пьезоматериалов.pdf
министерство образования и науки
российской Федерации
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«ЮЖнЫй ФедераЛЬнЫй университет»
А. А. Нестеров, А. А. ПАНич
совреМеННЫе ПроБЛеМЫ
МАтериАЛовеДеНиЯ
КерАМичесКиХ
ПЬеЗоЭЛеКтричесКиХ
МАтериАЛов
ростов-на-дону
издательство Южного федерального университета
2010
Стр.1
удк 546.562
ббк 35.41
н 56
Печатается по решению редакционно-издательского совета
Южного федерального университета
рецензенты:
доктор химических наук, профессор, зав. кафедрой физической
химии ЮФу В. А. Коган;
доктор физико-математических наук, зав. кафедрой общей и прикладной физики
ЮрГту Л. С. Лунин
Нестеров А. А.
н 56
современные проблемы материаловедения керамических пьезоэлектрических
материалов / а. а. нестеров, а. а. Панич. – ростов н/д: изд-во ЮФу, 2010. –
226 с.
ISBN 978-5-9275-0736-8
в монографии обсуждены проблемы формирования различных уровней структурирования
керамических материалов на основе фаз кислородно-октаэдрического типа
(от нано- до микроуровня) и влияние элементов архитектуры керамических каркасов
на электрофизические параметры пьезоэлектрических материалов, создаваемых на их
основе. рассмотрены проблемы синтеза пьезофаз методом твёрдофазных реакций, обсуждены
преимущества и недостатки формирования фаз со структурой типа перовскита
при низких температурах. Проанализированы известные технологии спекания керамики
и способы, позволяющие варьировать микроструктуру изделий.
Предназначена для химиков, физиков и технологов, занимающихся изготовлением
пьезопреобразователей различных типов на основе керамики, сформированной из пьезофаз
кислородно-октаэдрического типа, а также будет полезна научным сотрудникам,
аспирантам и студентам, специализирующимся в области материаловедения, химии и
физики твёрдого тела и неорганической химии.
ISBN 978-5-9275-0736-8
УДК 546.562
ББК 35.41
© нестеров а. а., Панич а. а., 2010
© оформление. макет. издательство
Южного федерального университета, 2010
Стр.2
огЛАвЛеНие
ПредисЛовие ................................................................................................................ 3
1. оБъеКтЫ иссЛеДовАНиЯ ................................................................................. 8
1.1. Электрофизические свойства материалов на основе сегнетоэлектрических фаз 10
1.2. кристаллическая структура фаз типа перовскита ................................................. 18
1.3. твёрдые растворы на основе сегнетоэлектрических и антисегнетоэлектрических
фаз ........................................................................................ 23
2. осоБеННости строеНиЯ КристАЛЛичесКиХ ФАЗ .......................... 26
2.1. дефекты твёрдого тела ............................................................................................. 26
3. МеХАНиЗМЫ реАКций с УчАстиеМ твёрДЫХ ФАЗ ............................ 40
3.1. диффузия в твёрдых фазах ...................................................................................... 40
3.2. методы определения механизма твердофазного взаимодействия ....................... 43
3.3. теоретические концепции твёрдофазного взаимодействия .................................. 44
3.4. твёрдофазные превращения без изменения состава ............................................. 50
4. КиНетиКА реАКций, ПротеКАющиХ в твёрДой ФАЗе ................... 58
4.1. диффузионные модели ............................................................................................. 62
4.2. модели процессов, лимитируемых реакциями на границе
раздела фаз ................................................................................................................. 68
4.3. модели зародышеобразования ................................................................................ 68
5. АКтивНЫе ПреКУрсорЫ .................................................................................. 71
5.1. степень активности твёрдых фаз и методы её оценки .......................................... 74
5.2. способы активирования твёрдых фаз ..................................................................... 80
6. ПерсПеКтивНостЬ теХНоЛогий ПЬеЗоКерАМиКи,
осНовАННЫХ НА МетоДе тверДоФАЗНЫХ реАКций ....................111
6.1. технологии непрерывного твёрдофазного синтеза и скоростного
метода спекания керамики .......................................................................................112
7. иЗМеНеНие тиПА ПроцессА сиНтеЗА цеЛевой
ФАЗЫ в рАМКАХ МетоДА тверДоФАЗНЫХ реАКций....................... 127
7.1. методы получения порошков сегнетофаз с использованием
в качестве прекурсоров солевых и комплексных форм........................................ 129
7.2. кристаллизация в условиях, близких к равновесным ......................................... 129
7.3. неравновесная кристаллизация ............................................................................. 131
7.4. Химизм процессов синтеза оксидных фаз, с использованием солей
в качестве прекурсоров ........................................................................................... 135
8. ХиМичесКие МетоДЫ сиНтеЗА сегНетоФАЗ,
осУществЛЯеМЫе При НиЗКиХ теМПерАтУрАХ ........................... 145
224
Стр.224
9. теХНоЛогии сиНтеЗА сегНетоФАЗ, осНовАННЫе НА МетоДе
«ХиМичесКой сБорКи» ............................................................................... 157
9.1. технологии изготовления порошкообразных фаз систем PbTiO3 – меTiO3 (ме =
Ca, Sr, вa) с задаваемым размером частиц ............................................................ 170
10. исПоЛЬЗовАНие сверХвЫсоКочАстотНой
оБрАБотКи в теХНоЛогиЯХ сиНтеЗА ПЬеЗоМАтериАЛов ...... 180
11. вЛиЯНие МиКрострУКтУрЫ ПЬеЗоКерАМиКи НА ЗНАчеНиЯ её
ЭЛеКтроФиЗичесКиХ ПАрАМетров ...................................................... 185
12. АНиЗотроПиЯ ПЬеЗоКерАМиКи и сПосоБЫ её
ФорМировАНиЯ ............................................................................................... 191
закЛЮЧение .............................................................................................................. 206
Литература ................................................................................................................. 208
225
Стр.225