Температурно-часові режими одержання та термічної обробки кераміки Cu0.4Co0.4Ni0.4Mn1.8o4

Використані режими відповідають різній кількості термічної енергії, яка передається кераміці під час спікання (табл. 2). Числове значення цієї енергії визначене як площа під температурно-часовою кривою, розміщеною над горизонтальною лінією, яка відповідає температурі утворення однофазної шпінельної кераміки (рис. 1).

Таблиця 2

Термічна енергія, передана кераміці Cu0.4Co0.4Ni0.4Mn1.8o4 під час спікання

Як наслідок, одержані при максимальних температурах спікання T_с 1040, 1200 та 1300 ^оС партії зразків температурно-чутливої кераміки відрізнялися вмістом додаткової фази NiO (за даними рентгенівської дифрактометрії): партія № 1 – 1 % NiO, партія № 2 – 8 % NiO, партія № 3 – 10 % NiO, партія № 4 – 12 % NiO.

За результатами мікроструктурних досліджень методом сканувальної електронної спектро-скопії, наведених в роботі , встановлено, що зразки партії № 1 та № 2 мають характерну зернисту структуру із розміром зерен 1–3 мкм та 5–10 мкм, відповідно. Тоді як в зразках партії № 3 структура замонолітнюється (видно лише поодинокі пори розміром 1–3 мкм). У разі збільшення в кераміці вмісту фази NiO до 12 % (зразки партії № 4) її зернисто-порувата структура практично повністю відсутня. На поверхні прослідковується шар виділеної фази NiO товщиною 10 мкм.

Дослідження методом позитронної анігіляційної спектроскопії проводили за допомогою спектрометра ORTEC , використовуючи як джерело позитронів ізотоп ²²Na, розміщений між двома зразками кераміки . Вимірювання здійснювали при температурі навколишнього середовища 20 ^оС та відносній вологості ~35 %. Одержані спектри часів життя позитронів, опрацьовували двокомпонентною процедурою математичного припасування за допомогою комп’ютерної програми LT. Добре апробований на діелектричній кераміці трикомпонентний розклад у цьому випадку показав високе значення параметра припасування. Це зумовлено тим, що третя компонента спектра, яка в кераміці MgAl₂O₄ відображає процес так званої “pick-off” анігіляції o-Ps в нанопорах, не характерна для термочутливої кераміки. Отже, в результаті опрацювання спектра кераміки Cu_0.1N_i0.8Co_0.2Mn_1.9O₄, були одержані числові значення часів життя позитронів (t₁, та t₂), а також їхні відповідні інтенсивності (I₁, та I₂).

Рис. 1. Температурно-часова крива одержання кераміки Сu_0.1Ni_0.8Co_0.2Mn_1.9O₄

Параметри захоплення позитронів дефектами в шпінельній кераміці обчислюються з використанням двостадійної моделі:

де _av. – середній час життя, котрий відображає переважаюче в матеріалі дефектне середовище; _b – час життя позитронів, пов’язаний з внутрішніми властивостями матеріалу; k_d – швидкість захоплення позитронів дефектами. Внесок компонент обчислювався як добуток часу життя компоненти на їхню інтенсивність. Крім того, різницю τ₂-_b трактували як середній розмір дефектів, де захоплюються позитрони, а відношення τ₂/_b – як параметр, що відображає природу об’ємних дефектів.

Для кераміки зі структурою шпінелі перша компонента анігіляційного спектра відображає основні мікроструктурні особливості шпінельної фази, а друга компонента – захопленням позитронів об’ємними дефектами поблизу меж зерен з вмістом на них виділених додаткових фаз. У випадку термочутливої кераміки Cu_0.1Ni_0.8Co_0.2Mn_1.9O₄ цією додатковою фазою є NiO. Інтенсивність першої компоненти анігіляційного спектра I₁ відображає вміст основної шпінельної фази, тоді як інтенсивність другої компоненти I₂ – вмісту фази NiO.

Характеристики позитронної анігіляції (параметри припасування, внески компонент та параметри захоплення позитронів дефектами) для чотирьох партій зразків термочутливої кераміки Cu_0.1Ni_0.8Co_0.2Mn_1.9O₄, наведено в табл. 3.

Таблиця 3