Введение к работе
Актуальность работы. В семидесятых годах впервые получили и исследовали композиционные материалы феррит -пьезоэлектрик, обладающие большим магнитоэлектрическим эффектом. Это обстоятельство указывало на перспективность их исследования и возможность применения в технике. В качестве исходных компонентов в этих соединениях использовались титанат бария, цирконат-титанат свинца, ферриты никеля и кобальта. Однако, необходимо отметить, что исследования ограничивались главным образом измерением магнитоэлектрических характеристик и влиянием на них технологических факторов. Отсутствует целый ряд исследований, без которых невозможно не только объективно судить о возможностях композиционных материалов, но даже точно определить значения магнитоэлектрических параметров. Так, авторы многих работ, отмечая влияние размагничивающих полей, не учитывали их воздействия на магнитоэлектрический эффект, поэтому полученные значения магнитоэлектрических параметров только приблизительно отражают свойства изученных материалов. Не исследовалось влияние магнитного поля на резонансную частоту пьезоэлектрических резонаторов. По-прежнему является актуальным получение композиционных материалов с высоким удельным сопротивлением. Не проводились исследования по влиянию радиационных воздействий и геометрии эксперимента на магнитоэлектрический эффект. Не совсем понятны процессы, протекающие при спекании двухфазных структур. Детально не изучено влияние температуры и частоты на магнитоэлектрические параметры. Все это указывает на актуальность получения новых материалов и более углубленного изучения магнитоэлектрического эффекта, т.к. отсутствие информации по этим вопросам сдерживает практическое применение композиционных материалов. В связи с этим, нами были проведены исследования по изучению особенностей проявления магнитоэлектрического эффекта в керамике феррит - пьезоэлектрик, влиянию магнитного поля на резонансную частоту пьезоэлектрических резонаторов, воздействию электронного и гамма- облучений на магнитоэлектрические параметры
Для проведения исследований, были взяты три системы: титанат бария - феррит никеля, иирконат-титанат бария свинца - феррит никеля, цирконат-титанат бария свинца -феррит кобальта. Первая - известная, она являлась модельной.
две другие - новые. Их выбор был обусловлен следующими причинами. Пьезоэлектрическая керамика цирконат-титанат бария свинца обладает более высокими диэлектрическими и пьезоэлектрическими характеристиками, широким интервалом рабочих температур по сравнению с титанатом бария. Феррит никеля и феррит кобальта имеют большие значения магиитострикции и удельного сопротивления, что отвечает требованиям, предъявляемым к магнитострикционной фазе. Это позволяет предположить, что композиционная керамика, полученная на основе этих соединений, будет иметь большие значения магнитоэлектрических параметров.
Цель работы. Выяснение закономерностей проявления магнитоэлектрического эффекта в керамических материалах феррит - пьезоэлектрик; определение механизма смещения резонансной частоты в пьезоэлектрических резонаторах под действием магнитного поля; получение информации о радиационной стойкости композиционных материалов и возможности их применения в устройствах электронной техники. Для достижения поставленной цели в работе решались следующие задачи:
1. Получение композиционной керамики феррит -
пьезоэлектрик в системах: титанат бария - феррит никеля,
цирконат-титанат бария свинца - феррит никеля, цирконат-
титанат бария свинца - феррит кобальта.
-
Исследование влияние состава керамики, температуры, частоты, размагничивающих факторов, электронного и гамма- облучений на диэлектрические и магнитоэлектрические параметры.
-
Изучение зависимости магнитоэлектрического сигнала от взаимной ориентации магнитного поля и электрической поляризации образца.
-
Исследование зависимости резонансной частоты пьезоэлектрических резонаторов, изготовленных из композиционной керамики, от величины магнитного поля.
-
Разработка устройств электронной техники с использованием композиционных материалов.
Методы проведенных исследований. Для исследования магнитоэлектрического эффекта применяли способ регистрации э.д.с, возникающей на образце при наложении на него переменного и постоянного магнитных полей. Смешение резонансной частоты под действием магнитного ноля и характеристики пьезорезонаторов определяли, используя метод резонанса -антирезонанса. Исследование структуры материалов и электрические измерения проводили по стандартным методикам.
Научная новизна работы заключается в следующем: 5. Разработана новая методика исследования продольного магнитоэлектрического эффекта, основанная на изменении формы образца и его ориентации в магнитном поле, позволяющая учесть влияние размагничивающего поля на магнитоэлектрические параметры.
-
Впервые обнаружено смещение собственной частоты в пьезоэлектрических резонаторах на основе композиционной керамики под действием магнитного поля, что определяется изменением упругих свойств магнитной фазы.
-
В системе титанат бария - феррит никеля в области малых концентраций феррита обнаружен скачок плотности, связанный с образованием двухфазной структуры.
4. Впервые получена композиционная керамика на
основе цирконата-титаната бария свинца - феррита никеля,
имеющая высокое удельное сопротивление, обусловленное
легированием границ зерен феррита ионами титана и циркония.
5. Установлено, что максимальное значение магнито
электрического сигнала имеет место, когда вектор электрической
поляризации образца параллелен переменному магнитному
полю и составляет угол 20 градусов с направлением постоянного
магнитного поля, что обусловлено анизотропией магнитострик-
ции, возникающей при поляризации образца.
Практическая значимость работы. Получена композиционная керамика, которая по своим характеристикам приближается к материалам, изготовленным направленной кристаллизацией из расплава. Разработана новая методика исследования продольного магнитоэлектрического эффекта, позволяющая повысить точность определения магнитозлекірических характеристик композиционных материалов. В исследованном диапо-зоне доз показана стойкость магнитоэлектрических параметров материала состава цирконат-титанат бария свинца - 60 масс.%, феррит никеля - 40 масс.% к электронному и гамма- облучениям. Предложен ряд устройств электронной техники.
Полученные результаты могут быть использованы для разработки электронных устройств работающих в условиях повышенной радиации. Практическая значимость подтверждается 4 авторскими свидетельствами на изобретения.
Положения,выносимые на защиту:
1. Новая методика исследования продольного магнитоэлектрического эффекта, позволяющая учесть влияние размагничивающего поля путем изменения формы образца и ориентации вектора электрической поляризации относительно
магнитного поля.
2. Обоснование смещения собственной частоты в
пьезоэлектрических резонаторах на основе композиционной
керамики под действием магнитного поля вследствие изменения
упругих свойств магнитной фазы.
3. Модель, объясняющая появление скачка плотности в
системе титанат бария - феррит никеля, учитывающая
растворение феррита по границам зерен титаната бария до его
насыщения с последующим образованием магнитной фазы и
формированием двухфазной структуры.
Личный вклад соискателя. Постановка задачи и получение основных результатов выполнена автором совместно с кандидатами физико-математических наук Боханом Ю.И. и Гелясиным А.Е. Часть работ сделана автором самостоятельно. Соавторы некоторых статей Курилович Н.Ф., Михневич В.В., Трофимович Л.И. принимали участие в проведении отдельных экспериментов и не являются основными исполнителями.
Апробация работы. Результаты исследований докладывались и обсуждались на 8-ой Всесоюзной конференции по состоянию и перспективам развития методов получения и анализа ферритовых материалов и сырья для них (Донецк 1987 г.), 3-ей Всесоюзной конференции по физико-химическим основам технологии сегнетоэлектрических и родственных материалов (Звенигород, 1988 г.), 6-ом Всесоюзном совещании по термодинамике и технологии ферритов (Ивано-Франковск, 1988 г.), 12-ой Всесоюзной конференции по физике сегнетоэлектриков (Ростов-на-Дону, 1989 г.), 2-ой Международной конференции по взаимодействию излучения с твердым телом (Минск 1997г.), Международной научной конференции по магнитным материалам и их применениям (Минск 1998г.).
Публикации. По теме диссертации опубликована 21 научная работа на 58 страницах. Из них - 11 статей, 4 авторских свидетельства на изобретения и 6 тезисов докладов.
Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, общей характеристики работы, шести глав, заключения. Работа изложена на 108 страницах, включая 41 рисунок, 6 таблиц и список литературы из 88 наименований.
