Dielektryczne właściwości ceramiki PZT otrzymanej metodą zol–żel i domieszkowanej chromem, manganem i tantalem

• Autorzy: Bochenek D. , Niemiec P. , Mirowski Ł.

Warianty tytułu

EN

Dielectric properties of the PZT ceramics obtained by the sol-gel method and doped by chromim, manganium and tantalum

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W pracy otrzymano wieloskładnikową ceramikę PZT domieszkowaną chromem, manganem i tantalem. Ceramiczny proszek o składzie Pb(Zr0,70Ti0,30)O3 syntetyzowano metodą zol–żel, a potem domieszkowano tlenkami Cr2O3, MnO2 oraz Ta2O5. Otrzymano dwa składy proszków o stałej ilości tlenków manganu (1,0%) i chromu (0,15%), o różnej zawartości procentowej tlenku tantalu (0,03% i 0,05%). Syntetyzowanie poszczególnych materiałów przeprowadzono metodą reakcji w fazie stałej, wykorzystują prażenie proszków w formie wyprasek, natomiast spiekanie ceramiki przeprowadzono dwiema metodami zagęszczania: bezciśnieniowym spiekaniem swobodnym (FS) oraz metodą prasowania na gorąco (HP). Na otrzymanych próbkach przeprowadzono badania mikrostrukturalne, rentgenowskie, EDS, podstawowych właściwości dielektrycznych oraz badania elektrycznej pętli histerezy. Badania wykazały, że zastosowanie spiekania metodą prasowania na gorąco (HP), w porównaniu z próbkami spiekanymi swobodnie, pozwala uzyskać próbki o większej wartości maksymalnej przenikalności elektrycznej, jednakże o większych stratach dielektrycznych. Domieszkowanie podstawowego składu PZT tantalem, manganem i chromem obniża temperaturę przemiany fazowej (TC) oraz zwiększa ferroelektryczną twardość ceramiki. Właściwości wieloskładnikowej ceramiki PZT spiekanej metodą FS pozwalają na możliwość jej zastosowania do budowy piezoelektrycznych wysokoczęstotliwościowych przetworników elektroakustycznych.

EN

In this paper we obtained multicomponent PZT ceramics doped by chromium, manganese and tantalum oxides. Ceramic powder with a composition of Pb(Zr0,70Ti0,30)O3 was synthesized by the sol-gel method. In the next step, the powder was doped by an oxide: Cr2O3, MnO2 or Ta2O5. Two compositions of ceramic powders were obtained with constant amounts of manganese (1.0%) and chromium (0.15%) oxides, but with different percentages of tantalum oxide (0.03% and 0.05%). Synthesis of the materials was carried out by solid phase reaction, using calcination of powder compacts compacting method, while the sintering was performed by two methods: free sintering (FS) – with no pressure, and hot pressing (HP). For the obtained ceramic samples, microstructural, X-ray, EDS, basic dielectric property and electrical hysteresis loop investigations were carried out. The studies have shown that the use of the hot pressing method allows obtaining the materials with higher values of maximum electric permittivity, but with higher values of dielectric losses, when compared with the FS obtained ones. The doping of the basic PZT composition by tantalum, manganese and chromium oxides decreases the temperature of phase transition (Tm) and increases the ferroelectric hardness. The properties of multicomponent free sintered PZT ceramics permit its use for construction of high-frequency piezoelectric electroacoustic transducers.

Słowa kluczowe

PL

PZT; domieszkowanie; metoda zol-żel

EN

PZT ceramics; multicomponent doping; sol-gel method

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Ceramiczne
• Czasopismo: Materiały Ceramiczne
• Rocznik: 2014
• Tom: T. 66, nr 2
• Strony: 185--190
• Opis fizyczny: Bibliogr. 8 poz., rys., wykr., tab.

Twórcy

autor

Bochenek D.

• Uniwersytet Śląski, Katedra Materiałoznawstwa, Śnieżna 2, Sosnowiec, 41–200, Poland

autor

Niemiec P.

• Uniwersytet Śląski, Katedra Materiałoznawstwa, Śnieżna 2, Sosnowiec, 41–200, Poland

autor

Mirowski Ł.

• Uniwersytet Śląski, Katedra Materiałoznawstwa, Śnieżna 2, Sosnowiec, 41–200, Poland

Bibliografia

• [1] Khomskii, D.: Classifying multiferroics: Mechanisms and effects, Physics, 2, (2009) 20.
• [2] Schmid, H.: Some symmetry aspects of ferroics and single phase multiferroics, J. Phys.: Condens. Matter, 20, (2008), 434201.
• [3] Ivan, I. A., Rakotondrabe, M., Bourquin, R., Chaillet, N., Lutz, P., Poncot, J.-C., Duffait, R., Bauer, O.: Comparative material study between PZT ceramics and newer crystalline PMN-PT and PZN-PT materials for composite bimorph actuators, Rev. Adv. Mater. Sci,. 24, (2010), 1-9.
• [4] Xu, Z. J., Chu, R. Q., Li, G. R., Shao, X., Yin, Q. R.: Preparation of PZT powders and ceramics via a hybrid method of sol–gel and ultrasonic atomization, Mater. Sci. Eng. B, 117, (2005), 113–118.
• [5] Bochenek, D., Skulski, R., Wawrzała, P., Brzezińska, D.: Dielectric and ferroelectric properties and electric conductivity of sol-gel derived PBZT ceramics, J. Alloys Compd., 509, (2011), 5356–5363.
• [6] Płońska, M., Bochenek, D.: Mikrostruktura zolowo-żelowej ceramiki PLZT o różnym składzie chemicznym, Polski Biuletyn Ceramiczny. Ceramika (Prace Komisji Nauk Ceramicznych), 89, (2005), 138-145.
• [7] Lee, H. T., Lee, W. I., Kim, Y. H., Whang, C. M.: The Seeding Effects on the Phase Transformation of Sol-Gel Derived PZT Powder, Bull. Korean Chem. Soc., 23, 8, (2002), 1078-1084.
• [8] Bochenek, D.: Magnetic and ferroelectric properties of PbFe1/2Nb1/2O3 synthesized by a solution precipitation method; J. Alloys Compd., 504, (2010), 508–513.