RU2580117C1 - Ferroelectric ceramic material - Google Patents

Ferroelectric ceramic material Download PDF

Info

Publication number
RU2580117C1
RU2580117C1 RU2014153268/03A RU2014153268A RU2580117C1 RU 2580117 C1 RU2580117 C1 RU 2580117C1 RU 2014153268/03 A RU2014153268/03 A RU 2014153268/03A RU 2014153268 A RU2014153268 A RU 2014153268A RU 2580117 C1 RU2580117 C1 RU 2580117C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
khz
dielectric
ceramic material
tio
ferroelectric ceramic
Prior art date
Application number
RU2014153268/03A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Лариса Андреевна Резниченко
Илья Александрович Вербенко
Александр Иванович Миллер
Сергей Валерьевич Титов
Абу Геланиевич Абубакаров
Original Assignee
федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Южный федеральный университет"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Южный федеральный университет" filed Critical федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Южный федеральный университет"
Priority to RU2014153268/03A priority Critical patent/RU2580117C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2580117C1 publication Critical patent/RU2580117C1/en

Links

Landscapes

  • Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
  • Inorganic Insulating Materials (AREA)

Abstract

FIELD: chemistry.
SUBSTANCE: ferroelectric ceramic material contains oxides Bi2O3, Fe2O3, and TiO2, with the following ratio of initial components, wt %: Bi2O3 72.80-73.52, Fe2O3 25.72-25.98, TiO2 0.50-1.48.
EFFECT: reduction of values of relative dielectric permeability, tangent of dielectric loss angle, increase of stability of dielectric characteristics.
2 tbl

Description

Изобретение относится к сегнетоэлектрическим керамическим материалам на основе феррита висмута и может быть использовано в емкостных магнитоэлектрических элементах головок записи и считывания информации.The invention relates to ferroelectric ceramic materials based on bismuth ferrite and can be used in capacitive magnetoelectric elements of the heads of recording and reading information.

Для указанных применений материал в эксплуатационном интервале температур 25-200°C должен обладать следующими свойствами:For these applications, the material in the operating temperature range of 25-200 ° C should have the following properties:

- сосуществующими сегнетоэлектрическими и магнитными свойствами, то есть иметь температуры Кюри Tc и Нееля TN выше 200°C;- coexisting ferroelectric and magnetic properties, that is, have Curie temperatures T c and Néel T N above 200 ° C;

- не иметь структурных неустойчивостей, фазовых переходов;- not have structural instabilities, phase transitions;

- низкими значениями относительной диэлектрической проницаемости ε/ε0 - менее 120, тангенса угла диэлектрических потерь tgδ - менее 0.5 при комнатной температуре, высокой стабильностью диэлектрических свойств: близкими к нулю величинами (ε200°C25°C)/ε200°C, (εнчвч)/εнч, где ε200°C и ε25°C - диэлектрические проницаемости при 200°C и 25°C; εнч и εвч - низкочастотная при f=1 кГц и высокочастотная относительные диэлектрические проницаемости при f=1 МГц.- low values of relative permittivity ε / ε 0 - less than 120, dielectric loss tangent tanδ - less than 0.5 at room temperature, high dielectric stability: close to zero values (ε 200 ° C- ε 25 ° C ) / ε 200 ° C, (ε -ε HF LF) / ε nch where ε 200 ε ° C and 25 ° C - dielectric constant at 200 ° C and 25 ° C; ε ε LF and HF - low frequency at f = 1 kHz and a high-frequency relative permittivity at f = 1 MHz.

Известен сегнетоэлектрический керамический материал на основе феррита висмута, включающий оксиды висмута, железа, лантана, свинца и титана. Состав материала отвечает химической формуле Bi(x-y)LayFexPb1-xTi1-хO3, где x=0.5-0.8 и y=0.015-0.035. Материал имеет для лучших составов

Figure 00000001
при 25°C, Kp=0.237, d33=90 пКл/Н (ЕР 1794820 B1. H01L 41/187, С04В 35/472, С04В 35/453, С01G 49/00. Дата публикации - 12.06.2013) [1]. Для указанных применений материал обладает высокой диэлектрической проницаемостью. Кроме того, при изготовлении материала используется измельчение в среде 2-пропанола, что усложняет технологию.Known ferroelectric ceramic material based on bismuth ferrite, including oxides of bismuth, iron, lanthanum, lead and titanium. The composition of the material corresponds to the chemical formula Bi ( xy ) La y Fe x Pb 1-x Ti 1-x O 3 , where x = 0.5-0.8 and y = 0.015-0.035. Material has for best formulations.
Figure 00000001
at 25 ° C, K p = 0.237, d 33 = 90 pC / N (EP 1794820 B1. H01L 41/187, С04В 35/472, С04В 35/453, С01G 49/00. Date of publication - 12.06.2013) [ one]. For these applications, the material has a high dielectric constant. In addition, in the manufacture of the material, grinding in 2-propanol medium is used, which complicates the technology.

Известен сегнетоэлектрический материал на основе феррита висмута, включающий оксиды висмута и железа. Состав материала отвечает химической формуле BiFeO3. Материал имеет для лучших составов ε/ε0 (25°C, 10 кГц) порядка 200, (ε200°C25°C)/ε200°C более 0.5, (εнчвч)/εнч более 0.25 (Mazumder R., Chakravarty D., Bhattacharya Dipten, Sen A. Spark plasma sintering of BiFeO3. // Materials Research Bulletin. 2009. V. 44. P. 555-559) [2].Known ferroelectric material based on bismuth ferrite, including bismuth and iron oxides. The composition of the material corresponds to the chemical formula BiFeO 3 . The material has the best formulations for ε / ε 0 (25 ° C, 10 kHz) of 200, (ε 200° C 25 ° C) / ε 200 ° C over 0.5, (ε -ε HF LF) / ε nch more 0.25 (Mazumder R., Chakravarty D., Bhattacharya Dipten, Sen A. Spark plasma sintering of BiFeO 3. // Materials Research Bulletin. 2009. V. 44. P. 555-559) [2].

Для указанных применений материал обладает высокой диэлектрической проницаемостью и низкой стабильностью диэлектрических характеристик. Кроме того, материал синтезируется в холодном плазменном разряде, что усложняет технологию.For these applications, the material has a high dielectric constant and low stability of dielectric characteristics. In addition, the material is synthesized in a cold plasma discharge, which complicates the technology.

Известен сегнетоэлектрический материал на основе феррита висмута, включающий оксиды висмута, бария, циркония, титана и железа. Состав материала отвечает химической формуле 0,85BiFeO3-0,15Ba(Zr0,6Ti0,4)O3. Материал имеет ε/ε0=90 при 25°C, 10 кГц, tgδ менее 0.5 при 25°C, 10 кГц, (ε200°C25°C)/ε200°C более 0.4, (εнчвч)/εнч менее 0.01 (Choudhary R.N.P., Perez K., Bhattacharya P., Katiyar R.S. Structural and dielectric properties of mechanochemically synthesized BiFeO3-Ba(Zr0.6Ti0.4)O3 solid solutions. // Materials Chemistry and Physics. 2007. V. 105. P. 286-292) [3].Known ferroelectric material based on bismuth ferrite, including oxides of bismuth, barium, zirconium, titanium and iron. The composition of the material corresponds to the chemical formula 0.85BiFeO 3 -0.15 Ba (Zr 0.6 Ti 0.4 ) O 3 . The material has ε / ε 0 = 90 at 25 ° C, 10 kHz, tanδ less than 0.5 at 25 ° C, 10 kHz, (ε 200 ° C- ε 25 ° C ) / ε 200 ° C more than 0.4, (ε low - ε high ) / ε low bass less than 0.01 (Choudhary RNP, Perez K., Bhattacharya P., Katiyar RS Structural and dielectric properties of mechanochemically synthesized BiFeO 3 -Ba (Zr 0.6 Ti 0.4 ) O 3 solid solutions. // Materials Chemistry and Physics 2007. V. 105. P. 286-292) [3].

Для указанных применений материал обладает недостаточно высокой температурной стабильностью диэлектрической проницаемости (ε200°C25°C)/ε200°C. Кроме того, при изготовлении материала используется механоактивация, что увеличивает энергозатраты.For these applications, the material does not have a sufficiently high temperature stability of the dielectric constant (ε 200 ° C- ε 25 ° C ) / ε 200 ° C. In addition, in the manufacture of the material, mechanical activation is used, which increases energy consumption.

Известен сегнетоэлектрический материал - феррит висмута BiFeO3 (Carvalho Т.Т., Tavares Р.В. Synthesis and thermodynamic stability of multiferroic BiFeO3. // Materials Letters. 2008. V. 62. P. 3984-3986. [4]. Материал содержит порядка 10% примесных фаз, неустойчив термодинамически и начинает медленно разлагаться при температуре синтеза.A known ferroelectric material is bismuth ferrite BiFeO 3 (Carvalho TT, Tavares RV Synthesis and thermodynamic stability of multiferroic BiFeO 3. // Materials Letters. 2008. V. 62. P. 3984-3986. [4]. The material contains about 10% impurity phases, is unstable thermodynamically and begins to decompose slowly at the synthesis temperature.

Сегнетоэлектрический керамический материал BiFeO3 (Mazumder R., Ghosh S., Mondal P., Bhattacherya D., Dasgupta S., Das N., Sen A., Tyagi A.K., Sivakumar M., Takami Т., Ikuta H. Particle size dependece of magnetization and phase transition near TN in multiferroic BiFeO3. // Journal of Applied Physics. V. 100. P. 033908-1-9. 2006) [5] имеет ε/ε0 (25°C, 10 кГц) более 200 при tgδ (25°C, 10 кГц) менее 1.2, (ε200°C25°C)/ε200°C более 0,9, (εнчвч)/εнч порядка 1,0.Ferroelectric ceramic material BiFeO 3 (Mazumder R., Ghosh S., Mondal P., Bhattacherya D., Dasgupta S., Das N., Sen A., Tyagi AK, Sivakumar M., Takami T., Ikuta H. Particle size dependece of magnetization and phase transition near T N in multiferroic BiFeO 3. // Journal of Applied Physics. V. 100. P. 033908-1-9. 2006) [5] has ε / ε 0 (25 ° C, 10 kHz ) at 200 tgδ (25 ° C, 10 kHz) less than 1.2, (ε 200° C 25 ° C) / ε 200 ° C over 0,9, (ε -ε HF LF) / ε nch order of 1, 0.

Для указанных применений материал обладает высокими ε/ε0, tgδ и низкой температурной стабильностью диэлектрических характеристик. Кроме того, материал изготавливается методом «мокрой» химии в сочетании с твердофазным синтезом.For these applications, the material has high ε / ε 0 , tanδ and low temperature stability of dielectric characteristics. In addition, the material is produced by the method of "wet" chemistry in combination with solid-phase synthesis.

Известен сегнетоэлектрический керамический материал на основе феррита висмута, включающий оксиды висмута, титана и железа. Состав материала отвечает химической формуле BiFe1-xTixO3, при x=0,02÷0,11. Материал характеризуется значениями остаточной намагниченности 0,2÷0,25 emu/g. В (BY 13699 C1. С04В 35/26. Дата публикации - 15.06.2009) [6]. В описании патента не приводятся данные о значениях и температурной стабильности диэлектрических характеристик.Known ferroelectric ceramic material based on bismuth ferrite, including oxides of bismuth, titanium and iron. The composition of the material corresponds to the chemical formula BiFe 1-x Ti x O 3 , at x = 0.02 ÷ 0.11. The material is characterized by the values of the residual magnetization of 0.2 ÷ 0.25 emu / g. In (BY 13699 C1. С04В 35/26. Date of publication - 15.06.2009) [6]. The patent description does not provide data on the values and temperature stability of dielectric characteristics.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является материал на основе феррита висмута, включающий оксиды висмута, титана и железа. Состав материала отвечает химической формуле BiyFe1-xTixO3, при x=0,0÷0,3, y=1,0÷1,3 (CN 101671173 А. С04В 35/622, С04В 35/453. Дата публикации - 27.09.2009) [7], принимаемый за прототип настоящего изобретения. В описании прототипа отсутствуют данные о значениях и температурной стабильности диэлектрических характеристик.The closest in technical essence to the claimed invention is a material based on bismuth ferrite, including oxides of bismuth, titanium and iron. The composition of the material corresponds to the chemical formula Bi y Fe 1-x Ti x O 3 , at x = 0.0 ÷ 0.3, y = 1.0 ÷ 1.3 (CN 101671173 A. С04В 35/622, С04В 35/453 Date of publication - September 27, 2009) [7], taken as a prototype of the present invention. In the description of the prototype there is no data on the values and temperature stability of the dielectric characteristics.

Задачей изобретения является снижение ε/ε0 при 25°C, 10 кГц до значений менее 120 и tgδ при 25°C, 10 кГц до значений менее 0.5, повышение стабильности диэлектрических свойств (ε200°C25°C)/ε200°C менее 0.1, (εнчвч)/εнч менее 0.1.The objective of the invention is to reduce ε / ε 0 at 25 ° C, 10 kHz to values less than 120 and tanδ at 25 ° C, 10 kHz to values less than 0.5, increase the stability of dielectric properties (ε 200 ° C- ε 25 ° C ) / ε 200 ° C of less than 0.1, (ε -ε HF LF) / ε nch less than 0.1.

Указанный технический результат достигаются тем, что сегнетоэлектрический керамический материал, содержащий оксиды Bi2O3, Fe2O3, и TiO2, согласно изобретению содержит указанные оксиды при следующем соотношении исходных компонентов, в мас.%:The specified technical result is achieved in that the ferroelectric ceramic material containing the oxides Bi 2 O 3 , Fe 2 O 3 , and TiO 2 according to the invention contains these oxides in the following ratio of the starting components, in wt.%:

Bi2O3 Bi 2 O 3 72.80-73.5272.80-73.52 Fe2O3 Fe 2 O 3 25.72-25.9825.72-25.98 TiO2 TiO 2 0.50-1.480.50-1.48

Состав материала отвечает химической формуле:The composition of the material corresponds to the chemical formula:

Bi0,97FeO3+хTiO2, x=0.5-1.5 мас.%Bi 0.97 FeO 3 + x TiO 2 , x = 0.5-1.5 wt.%

Рентгенографически установлено (Абубакаров А.Г., Вербенко И.А., Шилкина Л.А., Дудкина С.И., Разумовская О.Н. Фазообразование и нестехиометрия феррита висмута. // Сб-к трудов Всероссийской конференции по физике сегнетоэлектриков ВКС-20. г. 18-22 августа. Красноярск. 2014. С. 167-168) [8], что для феррита висмута характерна структурная нестехиометрия, что приводит к внедрению некоторой части ионов висмута в подрешетку железа, нарушению стехиометрии и образованию примесных фаз. Подавление этого негативного явления возможно как за счет использования меньшего количества висмута, так и за счет модифицирования оксидами высокозарядных металлов (TiO2).Radiographically established (Abubakarov A.G., Verbenko I.A., Shilkina L.A., Dudkina S.I., Razumovskaya O.N. Phase formation and non-stoichiometry of bismuth ferrite. // Sb-k Proceedings of the All-Russian Conference on the Physics of Ferroelectrics VKS -20., August 18-22, Krasnoyarsk. 2014. S. 167-168) [8] that bismuth ferrite is characterized by structural non-stoichiometry, which leads to the incorporation of a certain part of bismuth ions into the iron sublattice, impaired stoichiometry and the formation of impurity phases . The suppression of this negative phenomenon is possible both due to the use of a smaller amount of bismuth, and due to the modification by oxides of highly charged metals (TiO 2 ).

Кроме того, при введении Тi4+ в случае его частичного встраивания в кристаллическую решетку реализуется схема модифицирования BiFe1-xTixO3+x/2 с избытком кислорода. Последний располагается в междоузлиях и, упорядочиваясь, скапливается на определенных кристаллографических плоскостях, образуя кластеры Уиллиса различного типа: комбинации разного соотношения вакансий и междоузлий (Рао Ч.Н.Р., Гопалакришнан Дж.. Новые направления в химии твердого тела (структура, синтез, свойства, реакционная способность и дизайн материалов). // Новосибирск: Наука. 1990. - 520 с.) [9], сращенные когерентно с исходной матрицей, что приводит к подавлению процессов вторичной рекристаллизации и формированию более мелкозернистой структуры, а следовательно, к снижению ε/ε0 и tgδ (Данцигер А.Я., Разумовская О.Н., Резниченко Л.А., Сахненко В.П., Клевцов А.Н., Дудкина С.И., Шилкина Л.А., Дергунова Н.В., Рыбянец А.Н Многокомпонентные системы сегнетоэлектрических сложных оксидов: физика, кристаллохимия, технология. Аспекты дизайна сегнетопьезоэлектрических материалов. // Ростов-на-Дону: Изд-во РГУ. 2001-2002. Т. 1, 2. - 800 с.) [10].In addition, when Ti 4+ is introduced in the case of its partial incorporation into the crystal lattice, a modification scheme of BiFe 1-x Ti x O 3 + x / 2 with an excess of oxygen is implemented. The latter is located in internodes and, being ordered, accumulates on certain crystallographic planes, forming Willis clusters of various types: combinations of different ratios of vacancies and internodes (Rao Ch.N.R., Gopalakrishnan J. .. New directions in solid state chemistry (structure, synthesis, properties, reactivity and design of materials). // Novosibirsk: Nauka. 1990. - 520 p.) [9], coherently fused with the original matrix, which leads to the suppression of secondary recrystallization processes and the formation of a finer-grained Keturah and, consequently, to a decrease in ε / ε 0 and tgδ (Danziger AY, Razumovskaja ON, Reznichenko LA, Sakhnenko VP Klevtsov AN, Dudkin SI Shilkina L.A., Dergunova N.V., Rybyanets A.N. Multicomponent systems of ferroelectric complex oxides: physics, crystal chemistry, technology. Aspects of the design of ferro-piezoelectric materials. // Rostov-on-Don: Publishing house of the Russian State University. 2001-2002. T. 1, 2. - 800 p.) [10].

Более того, при преимущественной локализации высокозарядных ионов Ti4+ на межкристаллитных границах образуются прочные химические связи с высокой долей ковалентности, что приводит к изменению характера межфазных границ от легкодеформируемых подвижных сред к цементированному каркасу, препятствующему колебаниям любых структурных элементов, в том числе дефектов поликристаллической системы (Садыков Х.А., Вербенко И.А., Резниченко Л.А., Шилкина Л.А., Дудкина С.И., Абубакаров А.Г. Влияние ионов переходных 3d-металлов на формирование электрофизических свойств поликристаллических материалов на основе ниобатов щелочных металлов. // Изв. РАН. Сер. физ. 2013. Т. 77. №9. С. 1253-1255) [11]. Это также неизбежно приводит к снижению ε/ε0, tgδ и увеличению термочастотной стабильности этих характеристик.Moreover, with the predominant localization of highly charged Ti 4+ ions at the intergranular boundaries, strong chemical bonds are formed with a high proportion of covalency, which leads to a change in the nature of the interphase boundaries from easily deformed mobile media to the cemented framework, which impedes vibrations of any structural elements, including defects in the polycrystalline system (Sadykov Kh.A., Verbenko I.A., Reznichenko L.A., Shilkina L.A., Dudkina S.I., Abubakarov A.G. Influence of ions of transition 3d metals on the formation of electrophysical properties of polycrystalline materials based on alkali metal niobates. // Izv. RAS, Ser.Fiz. 2013. V. 77. No. 9. P. 1253-1255) [11]. This also inevitably leads to a decrease in ε / ε 0 , tanδ and an increase in the thermal-frequency stability of these characteristics.

Формирование межзеренных прослоек за счет введения Ti4+, насыщенных прочными короткими ковалентными связями, затрудняет и массоперенос между зернами основной фазы и включениями примесей, препятствуя разложению феррита висмута при высоких температурах, что приводит к расширению интервала оптимальных температур спекания материала и позволяет получать керамики с меньшим содержанием примесных фаз.The formation of intergranular layers due to the introduction of Ti 4+ saturated with strong short covalent bonds makes mass transfer between the grains of the main phase and inclusions of impurities more difficult, preventing the decomposition of bismuth ferrite at high temperatures, which leads to a widening of the range of optimal sintering temperatures of the material and allows obtaining ceramics with lower content of impurity phases.

Таблица 1 - электрофизические характеристики сегнетоэлектрического материала Bi0,97FeO3+xTiO2, х=0.5-1.5 мас.% в зависимости от состава;Table 1 - electrophysical characteristics of the ferroelectric material Bi 0.97 FeO 3 + xTiO 2 , x = 0.5-1.5 wt.% Depending on the composition;

Таблица 2 - сравнительные электрофизические характеристики оптимального состава Bi0,97FeO3+хТiO2, х=1 мас.% заявляемого материала и прототипа.Table 2 - comparative electrophysical characteristics of the optimal composition of Bi 0.97 FeO 3 + xTiO 2 , x = 1 wt.% Of the claimed material and prototype.

Пример изготовления сегнетоэлектрического керамического материала на основе феррита висмутаAn example of the manufacture of ferroelectric ceramic material based on bismuth ferrite

Материал изготавливался по обычной керамической технологии. В качестве исходных реагентов использовались оксиды квалификации «ч.д.а.». Синтез осуществлялся путем двухкратного обжига смесей, мас.%: Bi2O3=73.74, Fe2O3=25.27, TiO2=1.00 с промежуточным помолом синтезированного продукта.The material was manufactured using conventional ceramic technology. As starting reagents were used oxides of qualification “analytical grade”. The synthesis was carried out by doubling the mixtures, wt.%: Bi 2 O 3 = 73.74, Fe 2 O 3 = 25.27, TiO 2 = 1.00 with intermediate grinding of the synthesized product.

Температуры обжига материала Тсинт.1=1063 К, Тсинт..2=1073 К, длительности изотермических выдержек τ12=5 ч. Спекание образцов в виде столбиков ⌀12 мм, высотой 15-18 мм осуществлялось при Тсп.=1143 K с длительностью изотермической выдержки τ=2 ч. Металлизация - нанесение электродов производилась путем нанесения на плоские поверхности предварительно сошлифованных до толщины 1 мм образцов серебросодержащей пасты и последующего ее вжигания при температуре Твжиг.=1070 К в течение 0.5 ч.The firing temperature of the material T synt. 1 = 1063 K, T synt . 2 = 1073 K, the duration of isothermal holdings τ 1 = τ 2 = 5 hours. Sintering of samples in the form of columns ⌀12 mm, height 15-18 mm was carried out at T SP . = 1143 K with the duration of the isothermal hold τ = 2 h Metallizing -. Applying electrodes made by coating the flat surface of the pre-ground portion to a thickness of 1 mm samples silver-containing paste and its subsequent brazing at a temperature T vzhig. = 1070 K for 0.5 h.

Электрофизические характеристики: относительная диэлектрическая проницаемость ε/ε0 неполяризованных образцов при 25°C и 200°C и частотах 1 кГц εнч и 1 МГц εвч, тангенс угла диэлектрических потерь tgδ определяли в соответствии с ОСТ 11.0444-87.Electrophysical characteristics: relative permittivity ε / ε 0 of non-polarized samples at 25 ° C and 200 ° C and frequencies of 1 kHz ε low and 1 MHz ε high , the dielectric loss tangent tgδ was determined in accordance with OST 11.0444-87.

Оптимальные составы заявляемого материала (табл. 1, примеры №3 - №5) свидетельствуют о том, что заявляемый сегнетоэлектрический керамический материал на основе феррита висмута имеет более низкие значения ε/ε0, tgδ и стабильности относительной диэлектрической проницаемости в диапазоне температур 25°C-200°C.The optimal compositions of the claimed material (table. 1, examples No. 3 - No. 5) indicate that the inventive ferroelectric ceramic material based on bismuth ferrite has lower values of ε / ε 0 , tanδ and the stability of the relative dielectric constant in the temperature range 25 ° C -200 ° C.

Данные, приведенные в табл. 1, 2, подтверждают преимущества предлагаемого сегнетоэлектрического керамического материала по сравнению с материалом-прототипом, а именно снижение значений ε/ε0 до = 116-119 при 25°C, 10 кГц и tgδ=0.17-0.31 при 25°C, 10 кГц, повышение стабильности диэлектрических свойств (ε200°C25°C)/ε200°C = 0.03-0.09, (εнчвч)/εнч < 0.02-0.05. В лучшем составе ε/ε0 при 25°C, 10 кГц = 115, tgδ при 25°C, 10 кГц = 0.17, (ε200°C25°C)/ε200°C = 0,03, (εнчвч)/εнч = 0.02.The data given in table. 1, 2, confirm the advantages of the proposed ferroelectric ceramic material in comparison with the prototype material, namely, a decrease in ε / ε 0 to = 116-119 at 25 ° C, 10 kHz and tgδ = 0.17-0.31 at 25 ° C, 10 kHz , stability of dielectric properties (ε 200 ° C25 ° C) / ε = 200 ° C 0.03-0.09, (ε -ε HF LF) / ε lf <0.02-0.05. In the best composition, ε / ε 0 at 25 ° C, 10 kHz = 115, tgδ at 25 ° C, 10 kHz = 0.17, (ε 200 ° C25 ° C ) / ε 200 ° C = 0.03, ( ε -ε HF LF) / ε nch = 0.02.

Эффект снижения ε/ε0 при 25°C, 10 кГц, tgδ при 25°C, 10 кГц и повышения стабильности диэлектрических свойств достигается введением TiO2 и соотношением исходных компонентов.The effect of decreasing ε / ε 0 at 25 ° C, 10 kHz, tanδ at 25 ° C, 10 kHz and increasing the stability of dielectric properties is achieved by introducing TiO 2 and the ratio of the starting components.

Заявляемый сегнетоэлектрический материал на основе феррита висмута структурно устойчив в интервале температур 25-200°C, его получают по обычной керамической технологии без использования энергозатратной механоактивации и дорогостоящих методов «мокрой» химии, что упрощает технологию при массовом производстве.The inventive ferroelectric material based on bismuth ferrite is structurally stable in the temperature range 25-200 ° C, it is obtained by conventional ceramic technology without the use of energy-intensive mechanical activation and expensive methods of "wet" chemistry, which simplifies the technology in mass production.

Figure 00000002
Figure 00000002

Figure 00000003
Figure 00000003

Источники информацииInformation sources

1. ЕР 1794820 B1. H01L 41/187, С04В 35/472, С04В 35/453, C01G 49/00. Дата публикации - 12.06.2013.1. EP 1794820 B1. H01L 41/187, C04B 35/472, C04B 35/453, C01G 49/00. Date of publication - 06/12/2013.

2. Mazumder R., Chakravarty D., Bhattacharya Dipten, Sen A. Spark plasma sintering of BiFeO3. // Materials Research Bulletin. 2009. V. 44. P. 555-559.2. Mazumder R., Chakravarty D., Bhattacharya Dipten, Sen A. Spark plasma sintering of BiFeO 3 . // Materials Research Bulletin. 2009. V. 44. P. 555-559.

3. Choudhary R.N.P., Perez K., Bhattacharya P., Katiyar R.S. Structural and dielectric properties of mechanochemically synthesized BiFeO3-Ba(Zr0.6Ti0.4)O3 solid solutions. // Materials Chemistry and Physics. 2007. V. 105. P. 286-292.3. Choudhary RNP, Perez K., Bhattacharya P., Katiyar RS Structural and dielectric properties of mechanochemically synthesized BiFeO 3 -Ba (Zr 0.6 Ti 0.4 ) O 3 solid solutions. // Materials Chemistry and Physics. 2007. V. 105. P. 286-292.

4. Carvalho T.T., Tavares P.B. Synthesis and thermodynamic stability of multiferroic BiFeO3. // Materials Letters. 2008. V. 62. P. 3984-3986.4. Carvalho TT, Tavares PB Synthesis and thermodynamic stability of multiferroic BiFeO 3 . // Materials Letters. 2008. V. 62. P. 3984-3986.

5. Mazumder R., Ghosh S., Mondal P., Bhattacherya D., Dasgupta S., Das N., Sen A., Tyagi A.K., Sivakumar M., Takami Т., Ikuta H. Particle size dependece of magnetization and phase transition near TN in multiferroic BiFeO3. // Journal of Applied Physics. 2006. V. 100. P. 033908-1-9.5. Mazumder R., Ghosh S., Mondal P., Bhattacherya D., Dasgupta S., Das N., Sen A., Tyagi AK, Sivakumar M., Takami T., Ikuta H. Particle size dependece of magnetization and phase transition near T N in multiferroic BiFeO 3 . // Journal of Applied Physics. 2006. V. 100. P. 033908-1-9.

6. BY 13699 C1. С04B 35/26. Дата публикации - 15.06.2009.6. BY 13699 C1. C04B 35/26. Date of publication - 06/15/2009.

7. CN 101671173 А. С04В 35/622, C04B 35/453. Дата публикации - 27.09.2009 - прототип.7. CN 101671173 A. C04B 35/622, C04B 35/453. Date of publication - 09/27/2009 - prototype.

8. Абубакаров А.Г., Вербенко И.А., Шилкина Л.А., Дудкина С.И., Разумовская О.Н. Фазообразование и нестехиометрия феррита висмута. // Сб-к трудов Всероссийской конференции по физике сегнетоэлектриков ВКС-20. г. 18-22 августа. Красноярск. 2014. С. 167-168.8. Abubakarov A.G., Verbenko I.A., Shilkina L.A., Dudkina S.I., Razumovskaya O.N. Phase formation and non-stoichiometry of bismuth ferrite. // Sat-to the proceedings of the All-Russian Conference on Physics of Ferroelectrics VKS-20. g. August 18-22. Krasnoyarsk. 2014.S. 167-168.

9. Рао Ч.Н.Р., Гопалакришнан Дж.. Новые направления в химии твердого тела (структура, синтез, свойства, реакционная способность и дизайн материалов). // Новосибирск: Наука. 1990. - 520 с.9. Rao Ch.N.R., Gopalakrishnan J. .. New directions in solid state chemistry (structure, synthesis, properties, reactivity and design of materials). // Novosibirsk: Science. 1990 .-- 520 p.

10. Данцигер А.Я., Разумовская О.Н., Резниченко Л.А., Сахненко В.П., Клевцов А.Н., Дудкина С.И., Шилкина Л.А., Дергунова Н.В., Рыбянец А.Н Многокомпонентные системы сегнетоэлектрических сложных оксидов: физика, кристаллохимия, технология. Аспекты дизайна сегнетопьезоэлектрических материалов. // Ростов-на-Дону: Изд-во РГУ. 2001-2002. Т. 1,2. - 800 с.10. Danziger A.Ya., Razumovskaya O.N., Reznichenko L.A., Sakhnenko V.P., Klevtsov A.N., Dudkina S.I., Shilkina L.A., Dergunova N.V., Rybyanets A.N. Multicomponent systems of ferroelectric complex oxides: physics, crystal chemistry, technology. Aspects of the design of ferro-piezoelectric materials. // Rostov-on-Don: Publishing house of the RSU. 2001-2002. T. 1.2. - 800 p.

11. Садыков Х.А., Вербенко И.А., Резниченко Л.А., Шилкина Л.А., Дудкина С.И., Абубакаров А.Г. Влияние ионов переходных 3d-металлов на формирование электрофизических свойств поликристаллических материалов на основе ниобатов щелочных металлов. // Изв. РАН. Сер. физ. 2013. Т. 77. №9. С. 1253-1255.11. Sadykov H.A., Verbenko I.A., Reznichenko L.A., Shilkina L.A., Dudkina S.I., Abubakarov A.G. The effect of transition 3d metal ions on the formation of the electrophysical properties of polycrystalline materials based on alkali metal niobates. // Izv. RAS. Ser. physical 2013.V. 77. No. 9. S. 1253-1255.

Claims (1)

Сегнетоэлектрический керамический материал, содержащий оксиды Bi2O3, Fe2O3, и TiO2, отличающийся тем, что он содержит указанные оксиды при следующем соотношении исходных компонентов, мас.%:
Bi2O3 72.80-73.52
Fe2O3 25.72-25.98
ТiO2 0.50-1.48
Ferroelectric ceramic material containing oxides Bi 2 O 3 , Fe 2 O 3 , and TiO 2 , characterized in that it contains these oxides in the following ratio of starting components, wt.%:
Bi 2 O 3 72.80-73.52
Fe 2 O 3 25.72-25.98
TiO 2 0.50-1.48
RU2014153268/03A 2014-12-29 2014-12-29 Ferroelectric ceramic material RU2580117C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014153268/03A RU2580117C1 (en) 2014-12-29 2014-12-29 Ferroelectric ceramic material

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014153268/03A RU2580117C1 (en) 2014-12-29 2014-12-29 Ferroelectric ceramic material

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2580117C1 true RU2580117C1 (en) 2016-04-10

Family

ID=55793886

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2014153268/03A RU2580117C1 (en) 2014-12-29 2014-12-29 Ferroelectric ceramic material

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2580117C1 (en)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101671173A (en) * 2009-09-27 2010-03-17 哈尔滨工业大学 Method for improving multi-ferrum property of BiFeO3 ceramic block material
CN102515749A (en) * 2011-12-09 2012-06-27 扬州大学 Multiferroic titanium-iron-cobalt-nickel acid bismuth salt ceramic material having six-layer structure and preparation method thereof
US8258679B2 (en) * 2006-12-25 2012-09-04 Kyocera Corporation Piezoelectric ceramic comprising a bismuth layered compound and piezoelectric element

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8258679B2 (en) * 2006-12-25 2012-09-04 Kyocera Corporation Piezoelectric ceramic comprising a bismuth layered compound and piezoelectric element
CN101671173A (en) * 2009-09-27 2010-03-17 哈尔滨工业大学 Method for improving multi-ferrum property of BiFeO3 ceramic block material
CN102515749A (en) * 2011-12-09 2012-06-27 扬州大学 Multiferroic titanium-iron-cobalt-nickel acid bismuth salt ceramic material having six-layer structure and preparation method thereof

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Ye et al. Effects of Ca substitution on structure, piezoelectric properties, and relaxor behavior of lead-free Ba (Ti0. 9Zr0. 1) O3 piezoelectric ceramics
Rawat et al. Structural, dielectric, ferroelectric and magnetic properties of (x) CoFe 2 O 4-(1-x) BaTiO 3 composite
Shi et al. Piezoelectric properties of Fe2O3 doped BiYbO3-Pb (Zr, Ti) O3 high curie temperature ceramics
Xu et al. Enhanced ferro-/piezoelectric properties of tape-casting-derived Er 3+-doped Ba 0.85 Ca 0.15 Ti 0.9 Zr 0.1 O 3 optoelectronic thick films
Jaiban et al. Effects of Mg doping on electrical properties of Ba0. 7Ca0. 3TiO3 ceramics
Qiao et al. Effect of Mn-doping on the structure and electric properties of 0.64 Pb (In0. 5Nb0. 5) O3-0.36 PbTiO3 ceramics
Kamal et al. The effect of domain switching on the lattice symmetry and dielectric properties of (Bi0. 5Na0. 3K0. 2) TiO3–0.2 SrTiO3-(Ba0. 8Ca0. 2) TiO3 piezo-ceramic by poling field
Jaiban et al. Dielectric, ferroelectric and piezoelectric properties of (Ba0. 7Ca0. 3) Ti1-xCuxO3-x ceramics
JP7498547B2 (en) Niobium-based lead-free piezoelectric ceramics and their manufacturing method
Cheng et al. Enhanced piezoelectric properties and thermal stability of Bi0. 5Na0. 5TiO3 modified BiFeO3BaTiO3 ceramics with morphotropic phase boundary
Abd El-razek et al. Effect of grain size on the dielectric properties of lanthanum-doped PbTiO3 perovskite ceramics
JP2007084408A (en) Piezoelectric ceramic
Zhang et al. Effects of scandium oxide on domain structure, dielectric and ferroelectric properties of barium zirconate titanate ceramics
Cheng et al. Microstructure, electrical properties of Bi2NiMnO6-doped 0.935 (Bi1/2Na1/2) TiO3–0.065 BaTiO3 lead-free piezoelectric ceramics
RU2580117C1 (en) Ferroelectric ceramic material
Cai et al. Dielectric and ferroelectric properties of x BaZr 0.52 Ti 0.48 O 3–(1− x) BiFeO 3 solid solution ceramics
Nan et al. Effect of lithium carbonate on the sintering, microstructure, and functional properties of sol–gel‐derived Ba0. 85Ca0. 15Zr0. 1Ti0. 9O3 piezoceramics
Gul et al. Influence of particle size and sintering temperatures on electrical properties of 0.94 Na0. 5Bi0. 5TiO3-0.06 BaTiO3 lead free ceramics
Islam et al. Sintering characteristics of La/Nd doped Bi4Ti3O12 bismuth titanate ceramics
Zeng et al. Dielectric loss models, relaxor behavior and high ferroelectric properties of BCZTS-x ST ceramics
Mahmud et al. Piezoelectric materials of (1− x) Pb (Zr0. 53Ti0. 47) O3–xBi (Y0. 7Fe0. 3) O3 for energy-harvesting devices
Bućko et al. Photoluminescence and electrical properties in Pr-modified (Ba1-xCax) TiO3 multifunctional ceramics
Manotham et al. Structure and electrical properties of BNKT-based ceramics
Kornphom et al. The Influence of the Firing Temperatures on the Phase Evolution, Microstructure, Dielectric and Strain Responses of BCTS Ceramics Prepared by the Solid State Combustion Technique
Elbasset et al. Effect of heat treatment time on the dielectric properties of BST

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20201230