Revista Latinoamericana de Metalurgia y Materiales, Vol. 7, Nos. 1 & 2 (1987) 45

IIdlneneia de Oxidos de Bi y ea en el Ba'I'if), con Ti02 en Exceso

"da Abreu, María Durruthy, Juan José Prieto y Alberto Victorero

_á;ato de Materiales y Reactivos para la Electrónica (IMRE), Facultad de Física, Universidad de La Habana,Lázaro y L. Vedado, La Habana, Cuba

Se estudia la influencia de dosis de óxidos de Bi y Caen la formación de las estructuras y propiedades del BaTiOs, elaborado por reacciónsólida a partir de polvos de BaCOs (47%mol) yTiO¿ (53%mol) aI99,8% pureza. Se muestra que las dosis empleadas inhiben el crecimientode las fases BaTisÚ¡ y BaTi2Üti y estimulan el incremento y la estabilidad de las propiedades piezoeléctricas.

Study on Effects of Bi and ea Oxides Additions to BaTi03 with TiOl Excess

The effect ofBi and Ca oxides additions on the formatiorr oí the BaTiOs structure and its properties are studied. The solid state reactiontechniquewas used, startingfrom BaCOs (47molar per cent) and TiO¿(53%)with a 99,8%ofpurity. It is shown that theused doses inhi-bit the growth of the secondary phases BaTi3Ú¡ and BaTÍ!!Os,and improve the piezoelectric properties and itsstability,

onUCCION

BaTi03 elaborado por reacción sólida entre ely el TiOz constituye uno de los materiales más uti-

-..ul.1l> en la fabricación de cerámica piezoeléctricas y/opermitividad. La calidad de estas cerámicas

de notablemente de la pureza de las materias pri-no obstante, para facilitar la sinterización algunos

.D1:!S utilizan una pequeña sobreadición (no estequio-_Eri

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F~g. 1. T~rmogramas caracteristicos delos materiales Series 1 - 4.

El valor medio de las propiedades determinadas enlas cuatro series de pastillas se muestran en la Tabla 2.Elmenor grado de repetibilidad de los resultados se obtieneen las pastillas de serie "1" (elaboradas sin dopante), encasos en estas pastillas no se detecta efecto piezoeléc-trico.

TABLA 2

CARACTERISTICAS DE LAS CERAMICASELABORADAS

Densidad,N° Serie Kg/m"

Coeficienteelectromecánico.

Kp, en %Permitividad, a

50 KHz y T ambiente

"1" 4,61"2" 5,02"3" 5,26"4" 5.14

menor del 10%menor del 20%próximo a 30%próximo a 20%

183016301880610

El análisis por DRX demostró que durante la elabo-ración de las cerámicas (Fig. 2). además del BaTiOs. seforman otros titanatos en pequeñas concentraciones:BaTig07 y BaT~06 (en lo sucesivo las denominaremosfases "parásitas"), cuyas concentraciones son mayoresen las pastillas de la serie "1" que no contienen materialdopante. En la Fig. 3 se presentan los gráficos de barrasde la variación de las propiedades y características de lascerámicas elaboradas; estos revelan la relación exis-tente entre la concentración de las fases "parásitas" y laspropiedades. Las magnitudes se expresan en sus valoresrelativos con respecto a la serie donde alcanzan máximovalor, así por ejemplo: el coeficiente K, = 30% se deno-mina 100%. que corresponde a la serie "3". La variaciónrelativa de las fases "parásitas" se muestran de la mismaforma, para ello se tomó la relación de proporcionalidad

o

2

,1

30 28I I

2632

Fig. 2. Difraotogramas caraoter1st1oos delas oerámicas elaboradas Series 1-4.

100 5, 10'o- r-o 1-

o r-

°° -o

1 2 3 4

4r-

2

o r-r-

8

6-

1 2 :3 4

.-BaTi307O-BaTi205

ao 5, 860 5, 640 44.

°20 4.

Concentraoión relativa de las tases "pa-rá!Jitas" (Ir i' %),

Densidadabsoluta

(g/cm) )

Constante elej¡,tromecánioa r!,lativa (Kp' !)tl

Pig. 3. Variación de las oaracteristicas estruoturalesy propiedades piezoeléctricas de las cerámicaselaboradas Series 1-4.

entre las intensidades de las líneas con I/~ = 100%según datos de la cartoteca ASTM; la relación se esta-blece primeramente en cada serie de muestras paralas magnitudes:

dándoseles posteriormente el valor de 100% a la serie "1"en la cual las magriitudes I,. tomaban valor.

4. ANALISIS

En los gráficos de barras (Fig. 3) se observa una'marcada proporcionalidad entre los valores de la densi-

Revista Latinoamericana de Metalurgia yMateriales, Vol. 7, Nos. 1 & 2 (1987)

Sf~rernn-i:J'mos al diagrama de fases del sistema BaO-) se observa que estas cerámicas se sinterizan

re 'ón donde pueden coexistir las tres fases:_LLl•.•.••.BaTI.,P7 Y BaTis05, la primera en mayor grado..UIIll[8l~-e:i·ónde las dos últimas fases puede justificarse__ .o,ll..l;:secuenciade la sobreadición del TiO.2no este-

eiente electromecánico para cada serie de, como una relación inversa entre la concen-

"aÍll ilie las fases "parásitas" y los valores de esas pro-••• des...~nsideramos que la pérdida de la densidad es••.•• eseenencia del proceso de formación y crecimiento•• ifllSesi>arásitas", mientras que ambos fenómenos

rovocan el decremento del efecto piezoeléc-

• 4.

40 50 60 70BaTi03, % mol Ti02

Fragmento del diagram~de fase BaO-Ti02 (Raseand Roy, 1955).

47

quiornétrico: por otra parte la proximidad al pto. "triple"en el diagrama de fases crea la inestabilidad de los resul-tados del Ba'I'íí), no dopado, ya que cualquier variación

, de los parárnetros físico-tecnológicos de preparación o enla homogeneidad del material, por pequeña que fuera,desplazaría al sistema por las grandes regiones de exis-tencia de las tres fases, aunque la prevaleciente sea elBaTí03 dopado disminuye o desaparecen las fases"parásitas", todo parece indicar que la adición del B~08y del CaO estabilizan al BaTi03,\más aún, catalizan suformación, lo que se corrobora con el decremento de latemperatura característica de formación del BaTiOs enlas condiciones experimentales utilizadas en el presentetrabajo, según los termo grama mostrados en laFig.1.

Juzgando por la magnitud de los efectos observa-dos, los dopantes utilizados (sobre todo el CaO) permitenobtener cerámicas de BaTiOs con valores superiores ymás estables de la densidad, de la permitividad dieléc-

, trica y del-coeficiente electromecánico.Para concluir, llamamos la atención sobre el posible

corrimiento del di-agrama de equilibriointerfásico bajo lainfluencia de los materiales dopantes utilizados; segúnapuntan los resultados, el CaO y el B408 amplían lafranja de existencia del BaTiOs' Este fenómeno permiti-ría controlar las propiedades mediante dosis estableci-das a priori.

REFERENCIAS

1. A. Beauger, J. C. Mutin, J. C. Niepee: .Role and behaviour of or-thotitante B~Ti04 duríng the processing of BaTiOs based ferroe-lectric ceramic, JournaJ of Materíals Science, 19 (1984) 195.

2. Ian Burn: Flux-sintered BaTiOs dielectrícs, JournaJ ofMaterialsScience, 17 (1982) 1398.

3. Nobatatsu Yamaoka, Masami Fukuy and Hiroshi Nakamura: -Low temperature sintered BaTíOs ceramics with B4TiaÜ¡2added,JapaneseJournaJ of.Applied Phvsies, Vol. 20-(1981),Suplement20-4,139. .

4. J. J. Prieto, F. Calderón, M. D. Durruthy, A. Tuero y A. Silve-río: Estudio y Elaboración de Cerámicas Piezoeléctricas de Tita-nato de Bario, III Simposio SOCoCubana de Física, Santiago deCuba, Junio 1985.

5. J. J. Prieto, F, Calderón, M. D. Durruthy, J. C. Llopiz: Cinética desinterización de cerámicas piezoeJéctrícas de BaTiOs, III SimposioSOc.Cubana de Física. Santiago de Cuba, Junio 1985.