www.ptcer.pl/mccm
1. Wprowadzenie
Ferroelektryczne materiały ceramiczne o strukturze typu perowskitu, ABO3, są niezwykle interesujące zarówno z
po-znawczego, jak i aplikacyjnego punktu widzenia. Ich wyjąt-kowe właściwości i szeroka gama potencjalnych zastosowań wciąż inspiruje naukowców do dalszych intensywnych ba-dań. Wartościowości jonów podstawianych w podsieci A i B wpływają na strukturę krystaliczną, mikrostrukturę i właści-wości fi zyczne materiałów.
Wiele perowskitów typu A2+B4+O2 – jest izolatorami,
posia-dającymi regularną lub tetragonalną strukturę. Przykładem tego typu materiałów jest tytanian baru, znany jako klasycz-ny, ferroelektryczny materiał o stosunkowo niskiej tempera-turze Curie (TC = 120 °C). BaTiO3 (BT) w temperaturze
poko-jowej krystalizuje w strukturze tetragonalnej i charakteryzuje się wysoką stałą dielektryczną oraz wysokimi parametrami piezoelektrycznymi [1]. Natomiast perowskity typu A3+B3+O2
– są głównie półprzewodnikami lub materiałami magnetycz-nymi, wykazującymi strukturę rombową [2-3].
Dodatkowo poprzez odpowiednie domieszkowanie po-likrystalicznego tytanianu baru można osiągnąć anomalny wzrost rezystancji właściwej w TC, który jest znany jako efekt
PTCR (dodatni współczynnik temperaturowy rezystancji) [4]. Przykładem takiej domieszki jest lantan [5]. W przeci-wieństwie do La domieszka żelaza sprawie, że w BT ujaw-niają się właściwości ferromagnetyczne oraz duże prądy upływu [6].
Jednoczesne podstawienie domieszek w pozycje jonów A i B w perowskitach typu-ABO3 sugeruje otrzymanie
ory-ginalnych materiałów perowskitowych o złożonych właści-wościach [7].
Celem badań opisanych w niniejszej pracy było określe-nie optymalnych warunków procesu syntezy i spiekania oraz wytworzenie ceramiki Ba1-xLaxTi1-x/4O3 (BLT)
domieszkowa-nej żelazem, charakteryzującej się strukturą typu perowskitu
B
EATAW
ODECKA-D
UŚ, M
AŁGORZATAP
ŁOŃSKA, M
AŁGORZATAA
DAMCZYKUniwersytet Śląski, Wydział Informatyki i Nauki o Materiałach, Instytut Technologii i Mechatroniki, Śnieżna 2, 41-200 Sosnowiec
*e-mail: beata.wodecka-dus@us.edu.pl
Synteza i spiekanie ceramiki BLT
domieszkowanej Fe
3+
Streszczenie
Przedmiotem niniejszej pracy było wytworzenie ceramiki Ba1-xLaxTi1-x/4O3 (BLT) domieszkowanej żelazem, charakteryzującej się
struktu-rą typu perowskitu ABO3. Do ceramiki bazowej BLT wprowadzono tlenkową domieszkę donorową Fe3+ w nadmiarowych ilościach,
podsta-wiającą się w miejsce tytanu, uzyskując w ten sposób materiały ceramiczne o ogólnym wzorze Ba1-xLaxTi1-yFeyO3 (BLTF) dla koncentracji
x = 0,004 i y = 0,001 (BLTF1), y = 0,002 (BLTF2) i y = 0,003 (BLTF3). Materiały te zostały otrzymane przez syntezowanie proszków ceramicznych metodą konwencjonalną w oparciu o syntezę proszków z prostych tlenków w fazie stałej (metoda MOM), a następnie otrzy-mane materiały proszkowe zagęszczane były metodą spiekania swobodnego i jednoosiowego prasowania na gorąco. Wszystkie proszki ceramiczne poddano analizie termicznej (TG/DTA) oraz różnicowej analizie termograwimetrycznej (DTG). Skład chemiczny proszków ceramicznych BLTF określony został za pomocą spektroskopii z dyspersją energii EDS. Mikrostrukturę otrzymanych proszków oraz cera-miki BLTF obserwowano przy użyciu skaningowej mikroskopii elektronowej (SEM). Analiza EDS potwierdziła założone składy chemiczne w przypadku wszystkich proszków ceramicznych. Procentowe zawartości poszczególnych składników w badanej ceramice wykazywały niewielkie odchylenia od założonych teoretycznie ilości tlenków, ale mieściły się w granicach błędu zastosowanej metody oznaczenia. Różnice pomiędzy teoretycznym i eksperymentalnym składem chemicznym ceramiki BLTF wynosiły 3%.
Słowa kluczowe: ceramika ferroelektryczna, BLTF, domieszka Fe3+
SYNTHESIS AND SINTERING OF THE BLT CERAMICS DOPED WITH Fe3+
A goal of this study was to prepared Ba1-xLaxTi1-x/4O3 (BLT) ceramics doped with iron, and characterized by a perovskite structure ABO3.
Excess amounts of the oxide donor Fe3+ dopant for substituting titanium ions were incorporated to the basic BLT ceramics, thereby
ob-taining materials having the general formula Ba1-xLaxTi1-yFeyO3 (BLTF) where x = 0.004 and y = 0 (BLTF0), y = 0.001 (BLTF1), y = 0.002
(BLTF2) and y = 0.003 (BLTF3). The materials were obtained by synthesizing powders with a conventional method, in which simple oxides for the synthesis in solid phase were used (MOM method), and the resultant powders were consolidated by using natural sintering method or hot pressing. All the ceramic powders were subjected to thermal (TG/DTA) and differential thermogravimetric (DTG) analyses. The chemical composition of ceramic BLTF powders was determined by using energy dispersive spectroscopy (EDS). Microstructures of both the powders and BLTF ceramics were observed by using scanning electron microscopy (SEM). The EDS measurements proved the obtainment of assumed chemical composition of the BLTF ceramics within the experimental error of 3%.
ABO3. Do ceramiki bazowej BLT wprowadzono tlenkową
domieszkę donorową Fe3+ w ilościach nadmiarowych. Biorąc
pod uwagę promień jonowy żelaza, a także jego wartościo-wość można sądzić, że domieszka ta podstawi się w miej-sce tytanu, dając w ten sposób ceramikę o wzorze ogólnym Ba1-xLaxTi1-yFeyO3 (BLTF).
2. Eksperyment
W celu otrzymania materiału Ba1-xLaxTi1-yFeyO3 (BLTF) do
ceramiki bazowej Ba0,996La0,004Ti0,999O3 wprowadzono
tlenko-wą domieszkę donorotlenko-wą Fe3+ w nadmiarowych ilościach,
podstawiającą się w miejsce tytanu. Uzyskano w ten sposób ceramikę o ogólnym wzorze Ba0,996La0,004Ti1-yFeyO3 (BLTF)
dla stałej koncentracji lantanu x = 0,004 i zmiennej ilości domieszki żelaza Fe3+ y = 0, 0,001, 0,002 i 0,003.
Substratami syntezy przeprowadzonej w fazie stałej, za-stosowanej do otrzymania proszków BLTF były następujace związki o czystości cz.d.a (≥ 99%):
– węglan baru – BaCO3 (POCH),
– tlenek lantanu – La2O3 (FLUKA),
– tlenek tytanu (IV) (POCH),
– tlenek żelaza (III) – Fe2O3 (SIGMA-ALDRICH).
Na podstawie wzoru ogólnego ceramiki BLTF dokonano obliczeń i zważono stechiometryczne ilości odpowiednich związków, niezbędnych do uzyskania następujących skła-dów:
– Ba0,996La0,004Ti0,999O3 (BLTF0),
– Ba0,996La0,004Ti0,999Fe0,001O3 (BLTF1),
– Ba0,996La0,004Ti0,998Fe0,002O3 (BLTF2),
– Ba0,996La0,004Ti0,997Fe0,003O3 (BLTF3).
Mieszaniny tlenkowe każdego ze składów mielono wstęp-nie w moździerzach porcelanowych przez czas t = 2 h, a następnie poddawano mieszaniu mechanicznemu przy 300 obr./min przez czas t = 8 h w wysokoenergetycznym młynku planetarnym (Fritsch „Pulverisette 5”) na mokro, stosują c zawiesinę z dodatkiem alkoholu etylowego oraz mielniki ceramiczne o średnicy d = 10 mm z tlenku cyrkonu stabilizowanego tlenkiem itru, których ilość była dobrana proporcjonalnie do masy mielonego proszku. Ujednorod-nione w ten sposób proszki mieszanin tlenków suszono do stanu całkowitego odparowania alkoholu, a później przesie-wano przez sito.
Proszki mieszanin tlenków poddano analizie termicznej, wykorzystując metody termograwimetryczną (TG) i termicz-nej analizy różnicowej (DTA). W celu poprawienia czytelno-ści krzywej TG, równolegle wykonano również różnicową analizę termograwimetryczną (DTG).
Na podstawie przeprowadzanych analiz termicznych oraz studiów literaturowych, jako najbardziej korzystne warunki syntezy proszków typu BLTF przyjęto temperatu-rę T = 950 °C i czas t = 6 h. Aby ją przeprowadzić, z jed-nakowych porcji proszku mieszaniny tlenków formowano pastylki o kształcie dysków w matrycy stalowej (d = 20 mm) metodą jednostronnego, jednoosiowego prasowania na zim-no w prasie hydraulicznej (p = 300 MPa). Gotowe pastylki umieszczano następnie w tyglach korundowych ułożone w stosy, przesypane materiałem podsypki (Al2O3), aby nie
dotykały tygla i nie stykały się ze sobą. Tygle zamykano pokrywkami i dodatkowo zalepiano mieszaniną Al2O3 i szkła
wodnego. Syntezę w warunkach wygrzewania bezciśnienio-we prowadzono w elektrycznym piecu komorowym Termod KS-1350. Programowalna regulacja temperatury pieca za-pewniała liniowy wzrost i dobrą jej stabilizację, przy czym błąd pomiaru temperatury pieca wynosił ± 0,3%.
Zsyntezowane próbki oczyszczono po wygrzewaniu z materiału podsypki, ponownie rozdrabniano w moździerzu i mielono w młynie kulowym na mokro z dodatkiem C2H5OH
dla lepszego ujednorodnienia proszków przed etapem wy-sokotemperaturowego zagęszczania.
Przygotowane w ten sposób proszki każdego ze skła-dów BLTF podzielono i poddano badaniom oraz spiekaniu trzema metodami:
1. dwustopniowego spiekania bezciśnieniowego (ang. pressureless sintering – PS) w TI = 1200 °C przez 24 h
i w TII = 1350 °C przez 6 h,
2. jednostopniowego spiekania metodą jednoosio-wego prasowania na gorąco (ang. hot pressing – HP) w T = 1200 °C przez 4 h,
3. dwustopniowego spiekania, łączącego spiekanie ci-śnieniowe (HP) w TI = 1200 °C przez 4 h ze spiekaniem
bezciśnieniowym (PS) w TII = 1350 °C przez 6 h (HP+PS).
Próbki do końcowego spiekania, niezależnie od zasto-sowanej metody, formowano w dyski z jednakowych porcji proszku w matrycy stalowej (d = 10 mm metodą jednostron-nego, jednoosiowego prasowania na zimno w prasie hydrau-licznej (p = 300 MPa).
Skład chemiczny otrzymanych materiałów ceramicznych zbadano przy pomocy mikroanalizy rentgenowskiej EDS. Mikrostrukturę otrzymanych proszków oraz ceramiki BLTF obserwowano przy użyciu skaningowego mikroskopu elek-tronowego (SEM).
3. Wyniki pomiarów i ich omówienie
Wszystkie proszki w postaci około 50-miligramowych na-ważek przed poddaniem ich procesowi syntezy, zarówno ce-ramiki bazowej BLTF0 jak i domieszkowanej BLTF, poddano analizie termicznej TG/DTA. Jak wiadomo, wielkością mie-rzoną w metodzie termograwimetrycznej jest zmiana masy, natomiast za pomocą analizy różnicowej określa się różnicę temperatur pomiędzy próbką a wzorcem, najczęściej w po-staci czystego Al2O3. Ponieważ substancja wzorcowa, jaką
jest tlenek glinu, nie podlega przemianom, którym towarzy-szą efekty cieplne, dlatego mierzona różnica ∆T zależy od szybkości pochłaniania lub wydzielania ciepła przez próbkę badanej substancji BLTF. W celu poprawienia czytelności krzywej TG, równolegle wykonano również różnicową ana-lizę termograwimetryczną (DTG). W efekcie obok krzywej TG uzyskano jej pierwszą pochodną względem temperatury. Zarejestrowany całkowity ubytek masy próbki równy był po-wierzchni piku na tej krzywej. Analiza termiczna proszków typu BLTF przeprowadzona została w zakresie temperatu-ry od 20 °C do 1000 °C przy użyciu detemperatu-rywatografu Deriva-tograph C, MOM Budapeszt, a jej grafi czną interpretację przedstawia Rys. 1.
W przypadku każdego z badanych stechiometrycznych składów proszkowych, dały się zauważyć dwa maksima endotermiczne na krzywych DTA. Pierwszy pik występo-wał w zakresie temperatur T = 92-125 °C i związany był
runki syntezy proszków typu BLTF przyjęto temperaturę T = 950 °C i czas t = 6 h.
Badania SEM proszków jak i próbek ceramicznych BLTF, a także analizę ich składu chemicznego przepro-wadzono za pomocą elektronowego mikroskopu skanin-gowego HITACHI S-4700 wyposażonego w mikroson-dę rentgenowska EDS wraz z systemem analitycznym NORAN – Vantage.
Materiał proszkowy wymagał odpowiedniego przygoto-wania przed wykonaniem analizy mikroskopowej SEM. Pre-paratyka polegała na rozprowadzeniu badanego proszku na podstawce aluminiowej pokrytej plastrem węglowym, a na-stępnie napyleniu preparatu grafi tem, z użyciem napylarki molekularnej.
Badanie morfologii proszków ceramicznych BLTF prze-prowadzono w celu uzyskania informacji na temat wpływu procesu rozdrabniania na aglomeryzację materiału prosz-kowego. Obrazy SEM proszków uzyskanych po syntezie pokazano na Rys. 2.
Proszki BLTF charakteryzowały się jednorodnym, a pod względem wielkości drobnym ziarnem (średnia średnica dp
< 1 μm), przy czym wielkość ziaren wzrastała wraz ze wzro-stem stężenia stosowanej domieszki Fe3+. Ze względu na
rozwiniętą powierzchnię właściwą tworzyły się z nich twarde aglomeraty i agregaty ziarnowe.
Skład chemiczny proszków ceramicznych BLTF określo-ny został za pomocą analizy mikrorentgenowskiej EDS (ang. energy dispersive spectrometry) poprzez automatyczne ska-nowanie powierzchni każdej z próbek przez czas t = 50 s. Badanie to pozwoliło na przeprowadzenie ilościowych i jako-z uwolnieniem jako-zaadsorbowanej wody jako-z badanej miesjako-zani-
mieszani-ny reakcyjnej. Zwiększenie ilości wprowadzonej domieszki żelaza do bazowego składu BLT wpłynęło na wzrost tem-peratury maksimum endotermicznego na krzywej DTA, zwłaszcza w przypadku proszków BLTF2 i BLTF3, oraz miało odzwierciedlenie w odpowiadających im maksimach endotermicznych na krzywych DTG. Drugi pik endotermicz-ny obserwowano na krzywych DTA w zakresie temperatur T = 844-847 °C, a związane były one z przemianą ortorom-bowego witerytu w romboedryczną fazę BaCO3.
W zakresie temperatury T = 600-850 °C obserwowany był znaczny ubytek masy na krzywych TG, związany z roz-kładem węglanu baru i tworzeniem się fazy przejściowej oraz wydzielaniem CO2. Przemiana związana z procesem
nukleacji cząstek fazy perowskitowej BLTF ma swoje od-zwierciedlenie również w maksimum egzotermicznym na krzywych DTA oraz odpowiadającym im maksimom endo-termicznym na krzywych DTG w zakresie T = 510-460 °C. Wartości obu maksimów przesuwają się w stronę niższych temperatur wraz ze wzrostem ilości wprowadzonego żelaza. Dalszy wzrost temperatury sprzyja krystalizacji fazy perow-skitowej BLTF, o czym świadczą postępujące ubytki masy na krzywych TG, zarejestrowanych dla wszystkich badanych składów. Ubytki masy zarejestrowane w przedziale tempe-raturowym T = 0-1050 °C wahały się od 10% do 16%, przy czym najwyższe odnotowano dla próbek odpowiadających składom BLTF2 i BLTF3.
Na podstawie przeprowadzanych analiz termicznych oraz studiów literaturowych, jako najbardziej korzystne
wa-a) b)
c) d)
Rys. 1. Rezultaty analizy termicznej stechiometrycznych mieszanin proszków BLTF przed syntezą: a) BLTF0, b) BLTF1, c) BLTF2, d) BLTF3.
ściowych analiz rozkładów pierwiastków w badanych prosz-kach, a wyniki pomiarów przedstawiono grafi cznie w postaci charakterystycznego widma (Rys. 3).
Badania EDS potwierdziły założony skład chemiczny w przypadku wszystkich badanych proszków. Na wykre-sie zauważyć można piki, pochodzące od napylonej na badaną próbkę warstwy grafi tu. Teoretycznie możliwa jest analiza wszystkich pierwiastków, w tym także tlenu, jednakże w praktyce ilościowe oznaczenie ich zawartości jest trudne. Obecność pików pochodzących od węgla i tlenu należy zatem pominąć, ponieważ nie wpływają one na udział Ba, La, Ti oraz Fe. Procentowe zawartości poszczególnych składników w badanej ceramice wyka-zywały niewielkie odchylenia od założonych teoretycznie ilości tlenków, ale mieściły się w granicach błędu zasto-sowanej metody oznaczenia. Różnice pomiędzy teore-tycznym i zmierzonym składem chemicznym proszków BLTF wynosiły 5%.
Na Rys. 4-6 zestawiono obrazy SEM przełomów ceramiki BLTF, uzyskane odpowiednio przy powiększeniach 2000×, 5000× oraz 10000×, w funkcji zarówno zastosowanej tech-nologii spiekania (PS, HP i HP+PS), jak i wprowadzonej domieszki żelaza. Bez względu na zastosowaną metodę wysokotemperaturowego zagęszczania zaobserwowano tendencję do wzrostu ziaren w przypadku składów BLTF1, BLTF2, BLTF3 wraz ze zwiększaniem się w nich ilości
domieszki Fe3+ w stosunku do bazowego składu BLTF0.
W przypadku ceramiki otrzymanej w procesie dwustopnio-wego spiekania bezciśnieniodwustopnio-wego najdrobniejszym ziar-nem, o średniej średnicy ds ~0,5 μm, charakteryzowała się
gęsto upakowana, ale słabo wykształcona mikrostruktura BLTF0 PS. Dodanie 0,1% at. Fe3+ spowodowało wzrost
wielkości ziaren do ds ~1 μm. Zwiększyła się również ilość
porów w całej objętości badanego materiału. W przypadku zawartości 0,2% at. Fe3+ obserwowano znaczny rozrost
zia-ren do wielkości ds ~20 μm oraz liczne makropory. Ceramika
BLTF3 PS charakteryzowała gruboziarnista (ds ~40 μm),
zwarta mikrostruktura, zbudowana z graniastych, spiralnie i koncentrycznie narastających ziaren.
Jednostopniowe spiekanie metodą jednoosiowego pra-sowania na gorąco pozwoliło otrzymać ceramikę BLTF o większym stopniu upakowania dobrze wykształconych, graniastych ziaren. Skład BLTF0 charakteryzowała nie-jednorodna, drobnoziarnista mikrostruktura o wielkości ziaren ds ~0,5-1 μm. Wprowadzenie 0,1% at. Fe
3+
wy-wołało wzrost wielkości ziaren do ds ~1,5 μm, natomiast
dodanie 0,2% at. Fe3+ do d
s ~2 μm. W obydwu składach
obserwowano pękanie po granicach ziaren i obecność porów. Największym ziarnem charakteryzowała się ce-ramika BLTF3 (ds ~5 μm), mająca zwartą, bezporowatą
mikrostrukturę.
Materiały otrzymane metodą dwustopniowego spieka-nia, łączącego spiekanie ciśnieniowe ze spiekaniem bez-ciśnieniowym, w przypadku BLTF0 i BLTF1 wykazywały drobnoziarnistą mikrostrukturę o uziarnieniu wynoszącym odpowiednio ds ~1,5 μm i ds ~2 μm. Dalszy wzrost
stoso-wanej domieszki żelaza wpłynął na rozrost ziaren, zarów-no ceramiki BLTF2 jak i BLTF3, przy czym gruboziarnista mikrostruktura zbudowana była z graniastych, spiralnie i koncentrycznie narastających ziaren. W przypadku BLTF2 obserwowano ziarna wielkości ds ~20 μm , natomiast w
przy-padku BLTF3 o wielkości ds ~15 μm.
Jakościowy i ilościowy skład chemiczny próbek cera-micznych BLTF, otrzymanych wszystkimi trzema sposoba-mi wysokotemperaturowego zagęszczania, określony został przy pomocy mikroanalizy rentgenowskiej. Pomiary prze-prowadzono w sposób analogiczny do wcześniej badanych proszków, a ich wyniki przedstawiono grafi cznie w postaci charakterystycznego widma EDS (Rys. 7).
Wykonana analiza potwierdziła założone składy che-miczne w przypadku wszystkich spieków ceramicznych. Na wykresie zauważyć można piki, pochodzące od napylonej na badaną próbkę warstwy węgla, które nie wpływają na oznaczenie pozostałych pierwiastków. Procentowe zawar-tości poszczególnych składników w badanej ceramice,
nie-Rys. 2. Obrazy SEM proszków ceramicznych BLTF po syntezie: BLTF0 (A.), BLTF1 (B.), BLTF2 (C.), BLTF3 (D.). Fig. 2. SEM micrographs of BLTF powders: BLTF0 (A.), BLTF1 (B.), BLTF2 (C.), BLTF3 (D.).
Rys. 3. Widma EDS proszków typu BLTF. Fig. 3. EDS spectra of BLTF powders.
zależnie od zastosowanej metody spiekania wykazywały niewielkie odchylenia od założonych teoretycznie ilości tlen-ków. Różnice pomiędzy teoretycznym i eksperymentalnym
składem chemicznym proszków BLTF wynosiły 3%, więc mieściły się one w granicach błędu zastosowanej metody oznaczenia.
a) b) c)
Rys. 7. Widma EDS próbek typu BLTF spiekanych metodą: a) PS, b) HP i c) HP+PS.
Fig. 7. EDS spectra of BLTF ceramics sintered by using applied methods: a) PS, b) HP, and c) HP+PS.
Rys. 4. Mikrostruktura ceramiki (pow. 2000×) otrzymanej w procesie dwustopniowego spiekania bezciśnieniowego PS: BLTF0 (A.), BLTF1 (B.), BLTF2 (C.), BLTF3 (D.).
Fig. 4. SEM micrographs of Fe-doped barium pressureless sintered lead titanate ceramic samples PS: BLTF0 (A.), BLTF1 (B.), BLTF2 (C.), BLTF3 (D.).
Rys. 6. Mikrostruktura ceramiki (pow. 10000×) otrzymanej w procesie dwustopniowego spiekania ciśnieniowego w połączeniu z bezciśnieniowym HP+PS: BLTF0 (A.), BLTF1 (B.), BLTF2 (C.), BLTF3 (D.).
Fig. 6. SEM micrographs of Fe-doped barium lead titanate ceramic samples sintered by joined method of hot pressing and pressureles sintering: BLTF0 HP+PS (A.), BLTF1 HP+PS (B.), BLTF2 HP+PS (C.), BLTF3 HP+PS (D.).
Rys. 5. Mikrostruktura ceramiki (pow 5000×) otrzymanej w procesie jednoosiowego prasowania na gorąco HP: BLTF0 (A.), BLTF1 (B.), BLTF2 (C.), BLTF3 (D.).
Fig. 5. SEM micrographs of Fe-doped hot pressed barium lead titanate ceramic samples HP: BLTF0 (A.), BLTF1 (B.), BLTF2 (C.), BLTF3 (D.).
4. Podsumowanie
W prezentowanej pracy przedstawiono wstępne wyniki badań nad otrzymywaniem ceramiki potrójnego tlenku ty-tanianu baru i lantanu (BLT) domieszkowanego żelazem. W wyniku zastosowanych trzech metod technologicznych opartych na reakcji w fazie stałej (PS, HP i HP+PS) wytwo-rzono ceramikę Ba1-xLaxTi1-yFeyO3 (BLTF) dla koncentracji
x = 0,004 i y = 0 (BLTF0), y = 0,001 (BLTF1), y = 0,002 (BLTF2) i y = 0,003 (BLTF3).
Na podstawie przeprowadzanych analiz termicznych oraz studiów literaturowych, jako najbardziej korzystne warun-ki syntezy proszków typu BLTF przyjęto temperaturę T = 950 °C i czas wytrzymania 6 h. Wytworzona ceramika BLTF charakteryzowała się dużą czystością i homogenicznością składu, niezależnie od ilości wprowadzonej domieszki oraz zastosowanej metody spiekania.
Bez względu na zastosowaną metodę wysokotempe-raturowego zagęszczania, zaobserwowano tendencję do wzrostu ziaren ceramiki BLTF wraz ze zwiększeniem w niej ilości domieszki Fe3+ w stosunku do bazowego składu BLT.
Ceramika BLTF3 charakteryzowała się gruboziarnistą zwartą mikrostrukturą, zbudowaną z graniastych, spiralnie i koncentrycznie narastających ziaren. Najmniejszy rozrost ziarna wystąpił w przypadku ceramiki otrzymanej metodą jednoosiowego prasowania na gorąco (HP), a największy dla ceramiki otrzymanej metodą dwustopniowego spiekania bezciśnieniowego (PS).
Otrzymana elektroceramika BLTF stanowi interesujący pod wzglądem zastosowań materiał, który będzie przedmio-tem dalszych badań.
Podziękowanie
Obecne badania są wspierane przez Krajowe Centrum Badań Rozwoju (NCBR) oraz Narodowego Centrum Nauki (NCN) w latach 2015-2018 jako projekt badawczy nr TAN-GO1/269499/NCBR/2015.
Literatura
[1] Rajagukguk, R., Shin, D. G., Lee, B. W.: Magnetic Ordering in (1-x)BaTiO3-xLaFeO3 Solid Solutions, J. Magnetics, 16, 2,
(2011), 101-103.
[2] Ita, B., Murugavel, P., Ponnamblan, V., Raju, A. R.: Magnetic properties of lanthanum orthoferrite fi ne powders prepared by different chemical routes, J. Chem. Sci., 115, (2003), 519-524.
[3] Dzik, J., Pikula, T., Pawelczyk, M., Wodecka-Dus, B., Czekaj, D.: Preparation and characterization of Bi1-xNdxFeO3
ceram-ics, Phase Transitions: A Multinational Journal, 88, (2015), 817-824.
[4] Huybrechts, B., Ishizaki, K., Tanaka, M.: The positive tem-perature coeffi cient of resistivity in barium titanate, J. Mater.
Sci., 30, (1995), 2463-2474.
[5] Jung, D. S., Koo, H. Y., Jang, H. C., Kang, Y. C.: Effects of La content on the properties of Ba1−xLaxTiO3 powders prepared
by spray pyrolysis, Metals Mater. Int., 15, (2009), 809-814. [6] Lin, F., Jiang, D., Ma, K., Shi, W.: Infl uence of doping
concen-tration on room-temperature ferromagnetism for Fe-doped BaTiO3 ceramics, J. Magnetism Magnetic Materials, 320,
(2008), 691-694.
[7] Li, D., Subramanian, M. A.: Novel tunable ferroelectric com-positions: Ba1−xLnxTi1−xMxO3 (Ln=La, Sm, Gd, Dy. M=Al, Fe,
Cr), Solid State Sci., 2, (2000), 507-512.
