Труды КНЦ (Технические науки вып.3/2023(14))

цирконат титанат свинца (ЦТС). Особый интерес при модифицировании таких оксидов вызывает гетеровалентное замещение по катионным позициям. Целью данной работы было рассмотреть возможность получения керамики ниобата калия натрия, легированной титаном, выступающим в качестве акцепторной примеси. М атериалы и методы Работа посвящена получению и исследованию структуры и диэлектрических свойств образцов керамики ниобата калия натрия (KNN ), легированной титаном (K N N T ^ количестве 5 мол. %: K 0 , 5 Na 0 , 5 Nb( 1 -x)TixO 3 . Согласно литературным данным, керамика KNN относится к структурному классу перовскита, описываемого общей формулой АВО 3 [1, 2]. Гетеровалентное замещение в позиции В иона Nb5+ ионом Ti4+ является акцепторным и приводит к формированию дефектной структуры вследствие образования кислородных вакансий согласно требованию электронейтральности соединения [3]. Таким образом, при введении 5 мол. % примеси титана получаемое соединение должно задаваться формулой K 0 , 5 N a 0 , 5 Nb 0 , 95 Ti 0 , 05 O 3-8 (KNNT0.95), где 5 описывает дефицит кислорода. С другой стороны была предпринята попытка выполнить требование электронейтральности за счет введения ниобия сверх стехиометрии, то есть синтезирован состав K 0 , 5 N a 0 , 5 Nb 0 . 96 Ti 0 . 05 O 3 (KNNT0.96). В обоих случаях керамика была получена по классической керамической технологии двустадийным методом. В качестве исходных компонентов использовались: карбонат натрия Na2CO3, карбонат калия K 2 TO 3 , оксид ниобия (V) Nb2O 5 и окись титана (IV) TiO2, в которых содержание основного компонента составляло 99,9 %. Исходные соединения смешивались и измельчались при помощи ступки и пестика в среде этилового спирта в течение 20 мин. После предварительного формования следовал синтез при температуре 950 °С в течение 4 ч. После синтеза проводилось повторное измельчение и формование образцов керамики в форме дисков диаметром 10 мм и толщиной 1-1,3 мм. Последующее спекание проводили в воздушной среде при температуре 1100 °С в течение 4 ч. Спеченные образцы шлифовались, и на них наносили электроды с помощью серебросодержащей пасты. Исследование электрофизических свойств проводилось методом диэлектрической спектроскопии в интервале температур 30-650 °С и частот 0 ,1 - 106Гц на приборе «Вектор-175» (Newtons4th Ltd). Скорость нагрева не превышала 1,5 °С/мин. Исследование структуры и элементного состава было выполнено на растровом электронном микроскопе (РЭМ) JEOL JSM-6610 LV в режиме вторичных электронов в Центре коллективного пользования Тверского государственного университета. Р езультаты исследований Исследование структуры образцов показало, что оба состава керамики ниобата калия натрия, легированной титаном, имеют мелкозернистую структуру со средним размером зерен 0 ,2 -0 ,8 мкм (рис. 1). Форма зерен близка к кубической. Данные значения, согласно литературным источникам [4], существенно меньше размера зерен керамики KNN. Таким образом, можно сделать вывод о том, что добавление акцепторных примесей блокирует рост зерен, а также формирование аномально больших зерен, что согласуется с литературными данными [5, 6]. Кроме того, в образцах наблюдается присутствие вторичной фазы, для которой характерны более крупные зерна вытянутой формы. Проведенный рентгеноспектральный микроанализ показал, что основная фаза в обоих составах идентична и соответствует ниобату титанату калия натрия, но с концентрацией титана значительно ниже формульного значения (1 вместо 5 мол. %). Вторичная же фаза различна по своему химическому составу в исследуемых керамиках. У образца KNNT0.96 она представляет собой ниобат титанат калия, у KNNT0.95 — ниобат титанат калия натрия, но с отличным от основной фазы соотношением компонентов. Таким образом, независимо от соотношения исходных компонентов в керамике примесь титана имеет ограниченную растворимость в KNN. Излишнее содержание титана способствует формированию вторичных фаз. По проведенным измерениям диэлектрических параметров были построены температурные и частотные зависимости диэлектрической проницаемости керамики KNNT. Как можно видеть на рис. 2, оба образца имеют максимумы диэлектрической проницаемости при 220 и 420 °С, характерные Труды Кольского научного центра РАН. Серия: Технические науки. 2023. Т. 14, № 3. С. 33-37. Transactions of the Kola Science Centre of RAS. Series: Engineering Sciences. 2023. Vol. 14, No. 3. P. 33-37. © Барабанова Е. В., Кондратьев С. Е., Иванова А. И., 2023 34