Электрофизические свойства и микроструктурные особенности сегнетоактивных керамоматричных композитов

Цель: разработка новых, более совершенных способов изготовления электрически активных керамоматричных композитов (КМК) и установление корреляционных связей между особенностями их микроструктуры и электромеханическими свойствами. На основании проведенных исследований микроструктуры различных КМК и измерений их комплексных электрофизических параметров, сравнения их с результатами конечно-разностного моделирования установлены закономерности формирования экстремальных электрофизических параметров исследованных КМК и пористой керамики (ПК), а также корреляционные связи между электрофизическими характеристиками КМК керамика/кристалл и керамика/керамика и особенностями их микроструктуры; обнаружены пьезоэлектрический перколяционный переход в КМК ЦТС/ЦТС и области нормальной и аномальной дисперсии упругих свойств КМК и ПК; изготовлены и исследованы образцы ПК с относительной пористостью до 50%, а также пьезоактивных КМК керамика/кристалл, представляющих собой пьезокерамическую матрицу APC-841, ПКР-1 или APC-850 с включениями кристаллических частиц LiNbO3 или α-Al2O3, а также КМК керамика/керамика, представляющих собой керамическую матрицу ПКР-78 с включениями керамических частиц ЦТС-19 с содержанием кристаллических и керамических включений в ней до 60 об.%. Основные теоретические выводы: 1) комплексные электромеханические свойства пористой керамики на основе системы ЦТС однозначно определяются наличием жесткого трехмерного пьезокерамического каркаса и непрерывной квазистержневой структуры, ориентированной в направлении остаточной поляризации пьезоэлемента; 2) наблюдаемые экспериментально аномалии концентрационных зависимостей комплексных модулей упругости КМК ЦТС/α-Al2O3 обусловлены перколяционным переходом, размытым вследствие роста микропористости пьезокерамической матрицы и фрагментарного механического контакта между частицами α-Al2O3; 3) разработанный способ получения КМК керамика/керамика обеспечивает формирование однородного композиционного материала с равномерным распределением наполнителя в микропористой пьезокерамической матрице без образования переходных областей с усредненным размером зерна и дополнительных фаз со структурой перовскита; 4) увеличение пьезоэлектрического модуля d_33 КМК ПКР-78/ЦТС-19 с ростом содержания частиц материала ЦТС-19 в пьезокерамической матрице ПКР-78 обусловлено перколяционным переходом, сопровождаемым изменением параметра d_33 от значения, характерного для материала матрицы, к значению, типичному для материала наполнителя. Полученные результаты и установленные закономерности формирования электромеханических свойств КМК и ПК использованы практически при создании и моделировании новых типов композиционных материалов и устройств. Получен патент № 2713835 С1 РФ. Способ изготовления композиционного пьезоматериала. Опубл. 07.02.2020, Бюл. №4.