Введение
Глава 1. Состояние проблемы исследования 14
1.1. Анализ возможных путей совершенствования технологий керамических пьезоматериалов 16
1.2. Модельные объекты 19
1.2.1 .Структура перовскита 19
1.2.2. Изменения строения элементарных ячеек фаз со структурой типа перовскита 20
1.2.3. Условия стабильности структуры 22
1.3. Способы синтеза твёрдых фаз со структурой типа перовскита 23
1.3.1. Метод твердофазных реакций (МТФР) 23
1.3.2. Различные виды состояния вещества 25
1.3.3. Методы активации твёрдых фаз 27
1.4. Изменение типа процесса синтеза целевой фазы 35
1.4.1. Методы получения порошков сегнетофаз с использованием в качестве прекурсоров солевых и комплексных форм 37
1.4.2. Химические методы синтеза сегнетофаз, осуществляемые при низких температурах 46
1.4.3. Технологии синтеза сегнетофаз, основанные на методе структурного подобия (МСП) - «объемной химической сборки» 54
1.4.4.Заключение по аналитическому обзору 55
Глава 2. Технологии изготовления нано- и ультрадисперсных порошков пьезофаз в рамках метода структурного подобия (МСП) 58
2.1 Методы исследования 59
2.1.1 .Теоретическое обоснование выбора методов исследования 59
2.1.2. Методики экспериментальных исследований процессов формирования порошков пьезофаз с заданной микроструктурой 62
2.1.2.1. Микроскопия 62
2.1.2.2. Дифракционные методы анализа 64
2.1.2.3. Термический анализ 65
2.1.2.4. Лазерно-дифракционные методы анализа 66
2.2. Метод структурного подобия 67
2.2.1. Теоретические основы метода структурного подобия 67
2.2.2. Технологии изготовления растворов нитратных комплексов Ті (IV), Sn (IV) и Zr (IV) 70
2.2.3. Разработка методик заполнения матриц ионами кальция 74
2.2.4. Методики синтеза фаз типа МеЭ03 (Me = Са2+, Sr2+, Ва2+)
с использованием в качестве прекурсоров гидроксидов кальция, стронция и бария 77
2.2.5. Методики синтеза титанатов, цирконатов и станнатов свинца 80 2.3. Низкотемпературные технологии синтеза порошков
низколегированного титаната свинца и фаз системы ЦТС 85
2.3.1. Разработка методик заполнения матриц катионами, формирующими
подрешётку (А) фаз со структурой перовскита 85
2.3.2. Условия превращения первичных аморфных форм в кристаллические фазы со структурой перовскита 88
2.3.3. Способы варьирования кристаллохимического строения пьезофаз 89
2.3.4. Методы изготовления шихты с задаваемым размером частиц и степенью дисперсности 94
2.3.5. Схемы низкотемпературных технологических процессов изготовления нано- и ультрадисперсных порошков пьезофаз низколегированного титаната свинца и фаз системы ЦТС 97
Глава 3. Формирование керамических каркасов с задаваемой микроструктурой 104
3.1. Технологический процесс спекания прессзаготовок, изготовленных из порошков твёрдых фаз 104
3.1.1. Рекристаллизация и рост зёрен 105
3.1.2. Процесс спекания пресспорошков 124
3.1.3. Влияние способов обработки порошков на процесс спекания прессзаготовок 134
3.2. Технологические особенности изготовления керамических материалов из нано- и ультрадисперсних порошков пьезофаз со структурой типа перовскита 138
3.3. Влияние параметров исходных частиц порошков пьезофаз на тип и степень структурирования микроуровня пьезокерамики 148
3.4. Уравнения пьезоэлектрической среды 151
3.4.1. Влияние размеров частиц порошков пьезофаз на тип и степень структурирования мезоуровня пьезокерамики 158
3.5. Исследование влияния степени структурирования мезо и микроуровня пьезокерамики на её электрофизические свойства 162
3.5.1. Влияние размеров зёрен керамики на характеристики её мезоструктуры и электрофизические параметры 163
3.5.2. Влияние размеров зёрен керамики на характеристики её микроструктуры и электрофизические параметры 166
3.6. Формирование микроструктуры керамического каркаса методом изменения напряжённости поляризующего поля 170
3.6.1. Приёмы изменения архитектуры керамического каркаса под действием поляризующего поля 170
3.6.2. Оценка эффективности пьезоэлементов на основе анизотропной керамики 173
3.6.3. Способы управления процессом формирования микроструктуры пьезокерамики на основе легированных фаз титаната свинца 176
3.6.4. Влияние типа и степени структурирования пьезокерамики на основе легированных фаз РЬТОз на значения её ЭФП 181
Глава 4. Создание новых пьезоэлектрических материалов с заданными свойствами для гидроакустических пьезоприёмников и ультразвуковых излучателей 193
4.1. Сравнительная оценка эффективности пьезокерамических
материалов, применяющихся для изготовления гидроакустических преобразователей (ГАП) 193
4.2. Физико-химические принципы создания керамических материалов для ГАП с задаваемой совокупностью ЭФПиМП 196
4.2.1. Методы синтеза пьезофаз 196
4.2.2. Спекание образцов и характеристики микроструктуры керамики 200
4.2.3. ЭФП пьезокерамических материалов на основе пьезофазы состава Pb(Tio.35Zro,2i)(Zn,/3Nb2/3)o.i4(Nb2/3Ni1/3)o .303 208
4.2.3.1. Влияние размеров зёрен пьезокерамики на степень структурирования её мезоуровня 208
4.2.3.2. Влияние размеров зёрен керамики на характеристики её микроструктуры и электрофизические параметры 214
4.3.Разработка технологий изготовления пьезокомпозиционных материалов (ПКМ) с различным типом связности фаз из нано- и ультрадисперсных порошков пьезофаз со структурой типа перовскита 226
4.3.1. Характеристика исходных пьезоматериалов 226
4.3.2. Методики и способы исследования пьезокомпозитов 228
4.3.3. Разработка технологий изготовления пьезокомпозиционных материалов со связностью типа 1-3, 1-1-3,2-2 и2-3из нано- и ультрадисперсных порошков пьезофаз со структурой типа перовскита 230
4.3.4. Разработка технологий изготовления пьезокомпозитов типа 3-3 и 3-0, основанных на методе структурного подобия керамического каркаса 239
4.3.4.1. Исследование влияния природы порообразователя на тип связности пьезокомпозита 242
4.3.4.2. Технология формирования различных типов пористых каркасов с использованием порообразователей 244
4.3.4.3. Разработка приёмов и способов формирования заданной микроструктуры керамических каркасов с использованием технологии, основанной на удалении порообразователей из системы 247
4.3.4.4. Технология формирования керамических каркасов, основанная на процессе разложения аморфной фазы, формирующейся в процессе метода структурного подобия целевого продукта 253
4.3.5. Связующие 255
4.3.6. Электроды и поляризация пьезокомпозитов типа 3 -0иЗ-3 255
4.3.7. Технология пропитки и герметизации 256
4.4. Исследование влияния размеров частиц порошков пьезофаз со структурой типа перовскита и степени их совершенства на тип и степень структурирования мезо- и микроуровня пьезокомпозитов, изготавливаемых на их основе 256
4.4.1. Влияние размеров частиц порошков пьезофаз на тип и степень структурирования микроуровня пьезокомпозитов, изготавливаемых на их основе 256
4.4.2. Влияние размеров частиц порошков пьезофаз на тип и степень структурирования мезоуровня пьезокомпозитов, изготавливаемых на их основе 260
4.4.3. Исследование влияния степени структурирования мезо- и микроуровня пьезокомпозитов на их электрофизические свойства 264
4.4.3.1.Влияние степени структурирования мезо- и микроуровня на электрофизические свойства пьезокомпозитов типа 3-0 265
4.4.3.2.Влияние степени структурирования мезо- и микроуровня на электрофизические свойства пьезокомпозитов типа 3-3 и 3-3-1 273
4.5. Метод структурного подобия фаз слоистых титанатов и электрофизические свойства пьезокерамических материалов на их основе 289
Глава 5 Разработка и внедрение новых пьезоэлектрических устройств на основе керамических материалов из нано- и ультрадисперсных порошков пьезофаз соструктурой типа перовскита 297
5.1 Разработка и внедрение ультразвуковых распылительных устройств.297
5.2 Разработка и внедрение гидрофонов для подводной акустической связи 308
5.3 Разработка и внедрение гидрофонов для сейсморазведки 310
5.4 Разработка потенциально инновационной пьезоэлектрической продукции 313
5.4.1 Разработка миниатюрного сдвигового пьезоакселерометра 313
5.4.2. Разработка миниатюрного пьезоэлектрического гироскопа 320
5.4.3 Разработка сверхширокополосных пьезоэлектрических устройств для активной акустической защиты в гидролокации 328
5.4.4 Разработка пьезовентилятора для приборов электронной техники 336
5.4.5. Разработка пьезоэлектрического фазового модулятора 340
Заключение 343
Литература
