Эволюция фазовых состояний и зародышеобразование в системах PbZr1-xTixO3, Pb1-xCaxTiO3, Pb1-xSrxTiO3.

В работе рассчитаны величины микродеформаций кристаллической решетки в ромбоэдрической и тетрагональной областях фазовой диаграммы системы PbZr1-xTixO3 и построены их зависимости от концентрации титана. На основе анализа этих зависимостей сделано заключение о том, что в интервале 0.11 < x < 0.12 появляются кластеры тетрагональной фазы, а в интервале 0.725 < x < 0.750 – кластеры ромбоэдрической фазы. Изучены трудности изготовления материалов на основе (1-х)PbZrO3-xPbTiO3.

Выяснить, связаны ли трудности изготовления материалов на основе (1-х)PbZrO3-xPbTiO3 с несоответствием заданного состава реально существующему ТР, мы провели исследование бинарных систем Pb1-xCaxTiO3, Pb1-xSrxTiO3. Изучить влияние эволюции фазовых состояний и зародышеобразования в системе (1-х)PbZrO3-xPbTiO3 на её электрофизические характеристики.

В настоящее время по-прежнему большое практическое значение для разработки новых высокоэффективных функциональных материалов имеет бинарная система (1-х)PbZrO3-xPbTiO3 и твердые растворы на ее основе, применяемые в приборах медицинской диагностики, дефектоскопах, акселерометрах, в ультразвуковых излучателях, пьезотрасформаторах, пьезодвигателях. Экстремальные свойства этих материалов реализуются при использовании метода горячего прессования как способа получения. Однако переход к обычной керамической технологии их получения, приводит к снижению параметров материалов ~ на 30-40% и значительно ухудшает их воспроизводимость. Чтобы выявить причины трудностей изготовления этих материалов, мы провели исследование.

Объектами исследования стали системы Pb_1-xCa_xTiO₃, Pb_1-xSr_xTiO3, (1-х)PbZrO₃-xPbTiO_3. Образцы изготовлены методом твердофазного синтеза с последующим спеканием по обычной керамической технологии. Условия синтеза и спекания подбирались на серии проб по результатам рентгенофазового анализа и измерения относительной плотности керамических образцов. 

Исследования проводились методом порошковой рентгеновской дифракции на дифрактометре ДРОН-3 (CoKα – излучение). 

Построены зависимости величин микродиформаций, Δd/d, от концентрации титана в Rh и T областях ФД системы PbZr_1-xTi_xO₃, на основании которых сделано заключение, что в Rh области ФД кластеры T фазы появляются в интервале 0.11 < x < 0.12, а в Т области кластеры Rh фазы появляются в интервале 0.725 < x < 0.750.

Изучены дисперсионные спектры относительной диэлектрической проницаемости исследуемых ТР в диапазоне  частот  измерительного поля 25–10⁶ Hz. Анализ зависимостей глубины дисперсии ∆(ε/ε₀) от х показал их полное соответствие развитию кластерной структуры в твердых растворах системы.

Возникающие технологические трудности при переходе от изготовления керамики на основе системы (1-х)PbZrO3-xPbTiO3 методом горячего прессования  к обычной керамической технологии вполне могут быть связаны с неоднозначным размещением ионов кальция и стронция в кристаллической решетке титаната свинца, которое может критично зависеть от температурного режима синтеза и спекания материала. Для выяснения этого вопроса исследования будут продолжены.

1. Урусов В. С. Теоретическая кристаллохимия, М.: Изд-во МГУ, 1987. 275 с.
2. CRS Handbook of Chemistry and Phisics, 87th Edition / Ed. D.R. Lide. – Taylor & Francis: CRC Press, 2007. P. 9.77.
3. Сахненко В.П., Дергунова Н.В., Резниченко Л.А. Энергетическая кристаллохимия твердых растворов соединений кислородно-октаэдрического типа и моделирование пьезокерамических материалов. Ростов-на-Дону.: Изд.РГПУ, 1999. 323 с.
4. Шилкина Л.А., Резниченко Л.А., Разумовская О.Н., Дудкина С.И., Власенко В.Г.,
Шевцова С.И., Гуглев К.А., Козаков А.Т., Никольский А.В. // ФТТ, 2016. Т. 58, №. 1, с. 114-124.
5. Дергунова Н.В., Сахненко В.П., Фесенко Е.Г.//Кристаллография, 1978. Т. 23. № 1. с. 94-98.
6. Данцигер А.Я., Разумовская О.Н., Резниченко Л.А. и др. Высокоэффективные пьезокерамические материалы. Справочник. Ростов-на-Дону: АО «Книга», 1994. 31 с.

The value of the microstrain in the crystal lattice of the rhombohedral and tetragonal phase areas of PbZr1-xTixO3 system were designed and them charts were built. The difficulties of creating materials based on (1-x) PbZrO3-xPbTiO3 were studied.