Mechanical losses and dielectric properties in ferroelectric-ferromagnetic composites

• Autorzy: Zachariasz R. , Bochenek D. , Ilczuk J.

Warianty tytułu

PL

Straty mechaniczne i właściwości dielektryczne w kompozytach ferroelektryczno-ferromagnetycznych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The work presents the technology and investigation results of ferroelectric-ferromagnetic composites based on ferroelectric powders of the PZT type and ferrite. The ferroelectric powder comprised two PZT type compositions: Pb0.84Ba0.16(Zr0.54Ti0.46)O3 + 1.0%at. Nb2O5 (PBZTN) and Pb(Zr0.51Ti0.49)O3 + 0.2%at. Bi2O3 + 0.03%at. Nb2O5 + 0.06%at. MnO2(PZTBNM). The initial constituents for obtaining the PZT type powders included oxides: PbO, ZrO2, TiO2, Nb2O5, Cr2O3 as well as carbonates: barium BaCO3 and strontium SrCO3. In the PZT-ferrite composites, the synthesized ferroelectric powder constituted 90%, whereas the ferrite powder (Ni0.64Zn0.36Fe2O4) was 10%. Temperature examinations of the internal friction (IF) of the PZT-ferrite type composites, which belong to nondestructive methods of material examination in mechanical spectrometry, and also measurements of the dielectric properties were performed. The IF method enabled the authors to determine mechanical properties such as mechanical losses or value of Young's modulus in a broad range of temperatures. For both the investigated composites, an increase in mechanical losses Q–1 and decrease in Young's modulus Y with an increase in temperature were observed. At the phase transition point connected with an electric sub-system change while changing from the ferroelectric to paraelectric state, a rapid increase in Young's modulus Ywas observed. It was confirmed in further investigations of dielectric properties ε(T) i tan δ(T).

PL

Praca przedstawia technologię i rezultaty badań dwóch ferroelektryczno-ferromagnetycznych kompozytów, otrzymanych na bazie ferroelektrycznych proszków typu PZT i ferrytu. Proszek ferroelektryczny stanowiły dwa składy typu PZT: Pb0.84Ba0.16(Zr0.54Ti0.46)O3 + 1.0%at. Nb2O5 (PBZTN) i Pb(Zr0.51Ti0.49)O3 + 0.2%at. Bi2O30.03%at. Nb2O5 + 0.06%at. MnO2(PZTBNM). Składnikami wyjściowymi do otrzymywania proszków typu PZT były tlenki: PbO, ZrO2, TiO2, Nb2O5,Cr2O3oraz węglany: baru BaCO3 i strontu SrCO3. W kompozytach typu PZT-ferryt zsyntetyzowany proszek ferroelektryczny stanowił 90%, natomiast proszek ferrytowy (Ni0.64Zn0.36Fe2O4) stanowił 10%. Przeprowadzono temperaturowe badania tarcia wewnętrznego (TW) kompozytów typu PZT-ferryt, które należą do nieniszczących metod badań materiałów w spektroskopii mechanicznej, a także pomiary właściwości dielektrycznych (temperaturowe zależności przenikalności elektrycznej i tangensa kąta strat dielektrycznych). Metoda TW pozwoliła określić właściwości mechaniczne, takie jak straty mechaniczne czy wartość modułu Younga, w szerokim zakresie temperatur. Dla obu badanych kompozytów zaobserwowano wzrost wartości strat mechanicznych Q–1 wraz ze wzrostem temperatury oraz spadek modułu Younga Y. W punkcie przemiany fazowej, związanej z przemianą podukładu elektrycznego przy przejściu ze stanu ferroelektrycznego w paraelektryczny, obserwowano gwałtowny spadek wartości modułu Younga Y. Przemiana ta została potwierdzona w kolejnych badaniach właściwości dielektrycznych ε(T) i tan c(T).

Słowa kluczowe

EN

mechanical losses; internal friction; Young's modulus; ferroelectric-ferromagnetic composites; PZT type ceramics; ferrites; multiferroics

PL

straty mechaniczne; tarcie wewnętrzne; moduł Younga; kompozyty ferroelektryczno-ferromagnetyczne; ceramika PZT; ferryty; multiferroiki

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Materiałów Kompozytowych
• Czasopismo: Composites Theory and Practice
• Rocznik: 2013
• Tom: R. 13, nr 4
• Strony: 245--249
• Opis fizyczny: Bibliogr. 23 poz., rys.

Twórcy

autor

Zachariasz R.

• University of Silesia, Department of Materials Science, ul. śytnia 12, 41-200 Sosnowiec, Poland

autor

Bochenek D.

• University of Silesia, Department of Materials Science, ul. śytnia 12, 41-200 Sosnowiec, Poland

autor

Ilczuk J.

• University of Silesia, Department of Materials Science, ul. śytnia 12, 41-200 Sosnowiec, Poland

Bibliografia

• [1] Xu Y., Ferroelectric Materials and their Applications, North Holland, Amsterdam 1991.
• [2] Long W., Ching Chuang W., Tien Shon W., Hs Chuan L., Improved ceramics for piezoelectric devices, Journal Physics C: Solid State Physics 1983, 16, 2813-2821.
• [3] Fesenko E.G., Danciger A.Ya., Rozumovskaya O.N., Novye pieokeramicheskie materialy, Izd. RGU, Rostov na Donu 1983.
• [4] Zachariasz R,Bochenek D., Properties of the PZT type ceramics admixed with barium and niobium, Archives of Metallurgy and Materials 2009, 54, 895-902.
• [5] Zachariasz R., Bochenek D., Dziadosz K., Ilczuk J., Dudek J., Influence of the Nb and Ba dopands on the properties of the PZT type ceramics, Archives of Metallurgy and Materials 2011, 56, 1217-1222.
• [6] Penchal Reddy M., Madhuri W., Ramamanohar Reddy N., Siva Kumar K.V., Murthy V.R.K., Ramakrishna Reddy R., Magnetic properties of Ni Zn ferrites prepared by microwave sintering method, Journal of Electroceramics 2012, 28, 1-9.
• [7] Ghatak S., Meikap A.K., Sinha M., Pradhan S.K., Electrical conductivity, magnetoconductivity and dielectric behaviour of (Mg, Ni) ferrite below room temperature, Materials Sciences and Applications 2010, 1, 177-186.
• [8] Ravi Kumar G., Venudhar Y.C., Raghavender A.T., Vijaya Kumar K., Electricalproperties of copper substituted nickel ferrites, Journal of the Korean Physical Society 2012, 60, 1082-1086.
• [9] Puskar A., Internal Friction of Materials, Cambridge International Science Publishing, Cambridge 2001.
• [10] Elkoun S., David L., Magalas B.L., Mechanical Spectroscopy and other Relaxation Spectroscopies, Solid State Phenomena, 2003, 89, 31.
• [11] Wang C., Fang Q.F., Shi Y., Zhu Z.G., Internal friction study on oxygen vacancies and domain walls in Pb(Zr,Ti)O3 ceramics, Materials Ressearch Bulletin 2001, 36, 2657-2665.
• [12] Zachariasz R., Zarycka A., Ilczuk J., Determination of the lead titanate zirconate phase diagram by the measurements of the internal friction and Young’s modulus, Material Science 2005, 25, 781-789.
• [13] Gutierrez Urrutia L.M., Carreno Morelli E., Guisolan B., Schaller R., San Juan J., High performance very low frequency forced pendulum, Materials Science Engineering, 2004, A370, 435-439.
• [14] Bruś B., Zachariasz R., Ilczuk J., The influence of the point defects on the relaxation processes in a ceramics of the PZT type, Physica Status Solidi 2001, A 201, 24-9254.
• [15] Bruś B., Zachariasz R., Ilczuk J., Zarycka A., Internal friction in hard and soft PZT based ceramics, Archives of Acoustics 2005, 30(4), 59-62.
• [16] Trojanova Z., Lukac P., Ferkel H., Riehemann W., Internal friction in microcrystalline and nanocrystalline Mg, Materials Science and Engineering 2004, A 370, 154-157.
• [17] Zachariasz R., Czerwiec M., Brzezińska D., Ilczuk J., Ferroelectric and ferromagnetic ceramics in a view of possibilities to be used in electroacoustics, Hydroacoustics 2008, 11, 63-70.
• [18] Miloshenko V.E., Kalyadin O.V., Superconductors and the method of low frequency internal friction, Metal Science and Heat Treatment 2012, 54, 281-284.
• [19] Zachariasz R., Zarycka A., Ilczuk J., Chrobak A., The internal friction related to the mobility of domain wall in the PZT ceramics obtained by the sol gel method, Material Science 2005, 23(1), 159-166.
• [20] Zachariasz R., Bruś B., Bartkowska J., Bluszcz J., Ilczuk J., Domain wall motion effect in piezoelectric ceramics, Journal de Physique IV, 2006, 137, 19-21.
• [21] Bochenek D., Niemiec P., Wawrzała P., Chrobak A., Multiferroic ceramic composites based on PZT type ceramic and NiZnFe, Ferroelectrics 2013, 448, 96-105.
• [22] Bochenek D., Grabowski F., Niemiec P., Influence of cobalt admixture on the microstructure and dielectric properties of PFN ceramics, Archives of Metallurgy and Materials 2011, 56, 1071-1076.
• [23] Frayssignes H., Gabbay M., Fantozzi G., Porch N.J., Cheng B.L., Button T.W., Internal friction in hard and soft PZT based ceramics, Journal of the European Ceramic Society 2004, 24, 2989-2994.