Способ определения неоднородности сегнетокерамических материалов Советский патент 1975 года по МПК G01N21/42 

1

Изобретение отиоснтся к области исследования и производства сегнетокерамических материалов. Предлагаемый способ может быть рекомендован для оиределения качества материала при разработке новых составов и для контроля продукции производства.

Известен поляризационио-онтический сиособ определения напряжения и иеоднородностей кристаллической структуры в полупроводниковых кристаллах. Кристалл, находящийся под механической нагрузкой, сканируется узким пучком инфракрасного излучения с одновременным преобразованием в видимый сигнал, регистрируемый па фотоматериале, который сканируется синхронно с исследуемым образцом. Области кристалла, содержащие неоднородную кристаллическую структуры или внутренние механические напряжения, имеют индуцированное двулучепреломление, отличное от остальной части кристалла. Неоднородность двулучепреломления при примепении поляризационно-оптического метода фиксируется как неоднородность освещения фотобумаги. По характеру неоднородности почернения можно судить о дефектности кристалла.

Неоднородность сегнетокерамики определяется не только механическими напряжениями, по и локальпым отклопепием концентрации отдельных компонентов (элементов) от

средпен (заданной). Кроме того, сегметоэлектрики температуры Кюри обладают спонтанным двулученреломлепием, которое примерно на порядок больше индуцированного под воздействием электрических полей и механических напряжений. Присутствие неоднородной доменной структуры вызывает неоднородность двулучепреломления даже при отсутствии N exaHn4ecKHx и элект эическ 1х папряжений.

С целью количественного определения механических и копцептрационных неодпо юдпостей в сегпетокерамических материалах бег приложения мехапических пагрузок через образец пропускается мопохроматический свет; образец нагревается выше температуры сегпетоэлектрического фазового перехода, фиксируется температура Tci резкого снижения светопропускания по микрообластям образца /. По разбросу Гс1, учитывая пзвестную рапее зависимость Ги от концентрации компонент и физического состояния для данного состава, определяется неоднородность образца.

На чертеже приведен график определения неоднородности сегнетокерамических материалов, реализующий предлагаемый способ.

Физической основой предлагаемого способа является высокая чувствительпость температуры фазового перехода Гс сегнетоэлектриков от концентрации компонент и физического состояния (например, в растворе (Ва,5г)Т{Оз - при изменении концентрации Ва на 1 мол.% температура Гс изменяется на 3°С, для Ва (ShTi)O3 - соответственно на 8°С. Механические напряжения величиной 250 кГ/см в твердом растворе (Ba,Sr)TiO3 вызывает сдвиг Гс на ГС. При нагревании отожженного образца на температуру фазового перехода влияет локальные спонтанные механические напряжения и локальная концентрация компонент, а при охлаждении - только концентрация компонент. Сравнение по одним и тем же точкам отожженного и неотожженного образца позволяет определить величину локальных механических напряжений, возникающих при шлифовке. Температура фазового перехода Г определяется поляризационно-оптическим методом; при фазовом переходе спонтанное двулучепреломление исчезает. Таким образом, отпадает необходимость в приложении механических напряжений и электрических полей, которые в значительной мере влияют на фазовый переход. Образцы для исследования неоднородности керамической партии приготавливаются в виде тонких (0,03-0,1 мм) полированных шлифов. Последние отжигаются при температуре 700°С в течение 10 мин для снятия напряжений, возникаюш,их при шлифовке. Образец помещается в термостате, температура ступенчато повышается до прохождения фазового перехода. Изменение спонтанного двулучепреломления фиксируется на каждой ступеньке фотографированием образца в проходящем монохроматическом свете под поляризационным микроскопом МИН-8 на кинопленке КН-4С. Исследуемая площадь образца - круг диаметро.м 0,4 мм. При фазовом переходе в образце светопропускание поляризационно-оптической системы иоляризатор-образец-анализатор резко падает. Это соответствует резкому уменьшению почернения фотопленки. На проявленной фотопленке произвольно выбирается 50-60 областей керамического образца. Почерневшие участки фотопленки, соответствующие определенным областям, фотометрируются микрофотометром МФ-4. Строится зависимость почернения каждой области от температуры. Температуре фазового перехода 7ci соответствует резкое снижение почерне)и1я 5i до уровня фона. Отклонение Tci от заданной (средней) Гс позволяет оценить неоднородность состояния в каждой области. Для количественной оценки качества образца (см. чертеж) строится распределение Та (N- число областей с определенной температурой фазового перехода Г). Полуширина распределения является количественной мерой неоднородности образца. Берем, например, твердый раствор (Ва, 5г)Т1Оз. Так как более значительный интерес представляют концентрацио1П1ые неоднородности, будем считать, что регистрация на фотопленке нроизводилась в режиме охлаждения. Тогда отклонение Гс в микрообластп / обусловлено лишь концентрационной неоднородности. Если: Тс-Toi 1,5°С I мол. % Ва повышает Тс па 3°С X 1,5° С х 0,5 (мол. о/о Ва) Поскольку Гс1 /LTc, то в данной области в среднем на 0,5 мол.% Ва меньше, чем в среднем во всем образце. Полуширина распределения ДТ составляет 9°С. По аналогичному расчету получаем, что средняя неоднородность концентрации Ва равен 3 мол.%. Способ позволяет также по определению концентрационных и физических неодиородностей по образцу определить, на каком этапе производства возникла неоднородность и таким образом контро.тировать и улучшать технологию. Способ позволяет определить Гс1 в среднем с точностью до 0,5°С. Следовательно, можно определить неоднородности концентрации компонент до 0,2 мол.%. Минимальный объем областей, в которых определяется пеоднородиость, составляет Ю-10- см. Предмет изобретения Сиособ определения неоднородности сегнетокерамических материалов поляризациониооитическим методом, основанный на пропускании света через образец монохроматического света с регистрацией на фотоматериал, отличающийся тем, что, с целью количественного определения как механических, так и концентрационных неоднородностей без приложения механических нагрузок, изменяют температуру образца, фиксируя температуру сегпетоэлектрического фазового перехода по резкому снижению светопропускания микрообластей образца, и по разбросу этой температуры определяют неоднородность образца.

д)