Исследователи научились находить дефекты в керамике

Коллектив ученых из Красноярска и Новосибирска разработал метод для определения остаточных деформаций в керамике из титаната бария. Это позволит сохранить ее свойства и контролировать качество изделий, производимых из этого материала. Результаты работы опубликованы в журнале Ceramics International.

Титанат бария — кристаллический материал с высокой диэлектрической проницаемостью, определяющей его электрические изоляционные свойства. Он применяется для создания промышленной керамики, которая используется в электронике и радиотехнике как элемент конденсаторов, генераторных датчиков, позисторов, электроакустических устройств и микрофонов, способных работать с ультразвуком, а также в качестве изолирующих пленок в электронных приборах.

Для производства керамики кристаллический порошок титаната бария спрессовывают в «таблетки». Однако в таком виде материал имеет существенный изъян. После сжатия в нем появляются деформации, которые кардинально меняют диэлектрическую проницаемость. Отжиг керамики при определенной температуре в течение некоторого времени позволяет вернуть ее к исходному состоянию, в котором давление в материале «выправляется», а свойства не нарушаются. Вместе с тем, в процессе термической обработки нельзя определить, как долго нужно отжигать материал, а простых и оперативных методов измерения остаточных деформаций до последнего времени не было. Физики из Красноярска и Новосибирска решили эту проблему.

Ученые Института физики им. Л. В. Киренского Красноярского научного центра СО РАН и Института автоматики и электрометрии СО РАН (Новосибирск) разработали и испытали методику, которая позволяет контролировать остаточную деформацию микрокристаллов титаната бария в керамике. Деформированные участки в спрессованном материале можно обнаружить с помощью спектрального картирования. Метод позволяет следить за качеством производимой керамики.

Чтобы увидеть изменения в структуре материала, ученые использовали спектроскопию комбинационного рассеивания света. В основе этого метода – изменение частоты падающего оптического излучения при взаимодействии с молекулами вещества. При этом в спектре рассеянного излучения появляются спектральные линии, которых нет в первичном свете. Для начала исследователи оценили, как свет рассеивается на кристаллическом порошке титаната бария. Это позволило им построить калибровочную кривую — зависимость положения спектральной линии от приложенного давления. В дальнейшем, сравнивая исходный снимок со спектрами комбинационного рассеивания прессованных образцов, они видели различия, которые позволяли определить степень деформации в образцах. С помощью таких спектров можно оценить, вернулся ли материал после обжига в исходное состояние или нет. Метод комбинационного рассеивания света позволяет изучать как целые объекты любых размеров, так и локальные изменения структуры на небольших участках образца.

«С помощью нашего метода можно успешно измерять остаточную деформацию. На данный момент это единственный способ, и пока совершенно непонятно, можно ли ее измерить как-то иначе. Метод также применим к другим материалам, которые могут быть основой для промышленной керамики и нуждаются в отслеживании остаточного изменения внутренней структуры под давлением. В ходе работы наша команда построила калибровочные кривые. В дальнейшем для подобных оценок можно использовать нашу универсальную калибровку для материалов из титаната бария. Этот метод вместо многократного отжигания и проверки образцов позволяет измерить давление в процессе отжига и на этой основе регистрировать отклонения», — рассказал Александр Крылов, кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник Института физики им. Л. В. Киренского Красноярского научного центра СО РАН.

Предложенный метод может быть использован для контроля качества производимой керамики и отслеживания неоднородностей ее свойств, спровоцированных деформацией структуры, к примеру таких, как неравномерность акустических полей в электроакустических устройствах и ультраакустических излучателях.

Работа проводилась при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований.

Понравился материал? Добавьте Indicator.Ru в «Мои источники» Яндекс.Новостей и читайте нас чаще.

Пресс-релизы о научных исследованиях, информацию о последних вышедших научных статьях и анонсы конференций, а также данные о выигранных грантах и премиях присылайте на адрес science@indicator.ru.