Введение к работе
Актуальность темы. Сегнетоэлектрические материалы на основе системы твердых растворов PbZri-хТіхОз (ЦТС) более 40 лет являются предметом интенсивных исследований и широко применяются при создании различных устройств пьезотехники, электрооптики и многих других областей физического приборостроения. Ряд уникальных физических свойств сегнетоэлектрических материалов на основе системы ЦТС, пай-денных в последние годы экспериментальными исследованиями (например, холодпая электронная эмиссия при воздействии электрического поля), показывают перспективность дальнейшего детального изучения особенностей структуры и физических свойств составов данной системы.
Обычно главное внимание при изучении сегнетоэлектрических твердых растворов уделяется составам, относящимся к морфотропным областям — областям сосуществования сегнетоэлектрических фаз разной симметрии, в связи с экстремальными значениями физических свойств в этих объектах. Вместе с тем, закономерности изменений физических свойств сегнетоэлектрических твердых растворов в широких интервалах изменений концентраций компонентов изучены сравнительно слабо. Такие твердые растворы обычно представляются идеально неупорядоченными. При этом часть важнейших проблем остается неразрешенной. В частности, не выяснено, существует ли связь между аномалиями физических параметров сегнетоэлектрических твердых растворов в их концентрационных зависимостях и возможными эффектами ближнего порядка.
Хотя эффекты упорядочения хорошо известны для бинарных сплавов (например, [1]), для систем твердых растворов сложных оксидов эти явления до настоящего времени не были обнаружены. Очевидно, что для выявления эффекта порядка в системах сегнетоэлектрических твердых растворов как основной причины немонотонпостей концентрационных зависимостей их физических свойств необходимо как развитие способов приготовления однородных составов, так и соответствующих структурных методов исследований.
Разрешению части этих и других вопросов посвящена данная работа, и поэтому она представляется актуальной.
Цели и задачи работы. Основной целью работы являлось экспериментальное изучение возможных эффектов ближнего порядка в размещении атомов Ті и Zr в кристаллографически идентичных позициях перовскито-вой структуры сегнетоэлектрической системы твердых растворов ЦТС и выявлепие корреляции физических свойств с этими эффектами в составах данной системы. При этом решались следующие задачи.
1. Разработка оптимального метода синтеза сегнетоэлектрических материалов, обеспечивающего их высокую структурную однородность.
-
Обнаружение и изучение методами прецизионного рентгеноструктур-ного анализа эффектов ближнего порядка в особых областях концентраций компонентов системы ЦТС.
-
Выявление особенностей структурных фазовых переходов в составах системы ЦТС, связанных с указанными эффектами порядка/беспорядка.
Объекты исследований. В качестве основных объектов исследования выбраны составы твердых растворов из областей концентраций 0.095 < х < 0.155 и 0.875 < х < 0.925 с шагом Ах = 0.01 (0.095 < х < 0.155); 0.025 (0.875 < х < 0.925). Выбор этих материалов обусловлен тем, что они содержат особые точки концентраций х = 0.125, х = 0.875, и именно для этих составов мы предполагали наличие эффектов порядка/беспорядка (при соотношениях Zr:Ti как 7:1 и 1:7).
Методы исследований. В работе проведены исследования процессов синтеза составов сегнетоэлектрических твердых растворов с применением вибрационного перемешивания порошковой заготовки. В качестве основных для характеризации объектов исследования использованы методы рентгеноструктурного анализа. С применением температурной приставки к рентгеновскому дифрактометру проведено изучение структурных параметров ряда составов в широком интервале температур (20-510 С). Данные структурного анализа обрабатывались с использованием ЭВМ.
Ряд электрофизических параметров сегнетоэлектрической керамики составов системы ЦТС и материалов ПКР-8, ЦТС-83Г (є, tg 5, <1ц, Кр) измерены на соответствующей стандартной аппаратуре.
Научная новизна и практическая ценность. В ряде составов сегнетоэлектрических твердых растворов системы ЦТС впервые методами рентгеноструктурного анализа обнаружен ближний порядок в размещении атомов Zr и Ті в одной подрешетке типа В перовскитовой структуры.
Ближний порядок в размещении атомов Zr и Ті определяет особенности ряда физических свойств составов системы ЦТС — немонотонности их зависимостей от концентрации этих элементов [2].
Предложен и апробирован метод синтеза перовскитовых твердых растворов на основе системы ЦТС с применением вибрационного перемешивания непосредственно при температурах синтеза. Установлено, что такой сиптез успешно протекает при температурах на 100-150 К меньших, чем при традиционном методе синтеза, что, в свою очередь, обеспечивает большую структурную однородность меньшие различия физических параметров в партиях образцов.
Применение метода вибрационного синтеза при изготовлении материалов ПКФ-8 и ЦТС-83Г, которые широко используются в практике, при-
температурных фазовых переходов методами рентгеноструктурного анализа активное участие принял к. ф.-м. н. К. Г. Абдулвахидов. Обсуждение результатов и цодготовка части публикаций выполнены совместно с д. т. н. А.Е. Паничем, Ю. Дудеком. В приготовлении части образцов сегнетокерамики и измерении электрофизических параметров помогала Л. А. Резниченко.
Объем и структура работы. Работа состоит из введения, четырех глав, заключения. Содержит 120 страниц, 28 рисунков, 10 таблиц, библиографию из 118 наименований.
