Síntese e caracterização de cerâmicas ferroelétricas transparentes do sistema (Pb,La)(Zr,Ti)O3

• Main Author: Ducinei Garcia
• Other Authors: José Antonio Eiras
• Language: Portuguese
• Published: Universidade de São Paulo 1995
• Subjects: Não disponível; Not available
• Online Access: http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/76/76132/tde-31032015-160842/

Síntese e caracterização estrutural, física, ferroelétrica e ótica de cerâmicas ferroelétricas transparentes (CFT\'s) foram realizadas para o sistema (Pb,La)(Zr,Ti)O3. Pós de titanato zirconato de chumbo modificado com lantanio (PLZT) foram preparados por processo convencional de mistura de óxidos (MO) e por um método alternativo de co-precipitação química (CO), que utiliza dois estágios de calcinação. A análise comparativa da estequiometria final, em amostras de PLZT obtidas pelos dois métodos de síntese de pós, foi realizada pela técnica de difração de raios-X, e apresentou-se ineficiente. O espectro de difração de raios-X das amostras sinterizadas convencionalmente a 1200°C acusou apenas a existência de uma única fase perovskita (como desejada) e com simetria indistinta da cúbica. Um método qualitativo indireto para a verificação de estequiometria (comparativa entre os métodos de síntese) foi proposto, adicionando-se aos dados de difração de raios-X os valores de densidade e de propriedades dielétricas das amostras. A partir dai, obteve-se que o material preparado por precipitação química apresenta maior homogeneidade química e composição final mais próxima aquelas obtidas na literatura (preparadas a partir da mesma composição nominal). A analise de evolução de fases e dos parâmetros estruturais de composições de PLZT MO e CO, próximas à região de transição de fase (ferro-paraelétrica) difusa, foi realizada para diferentes temperaturas de calcinação, através de dados de difração de raios-X e espectroscopia Raman. As composições escolhidas, com formula nominal (Pb1-xLax)(ZrO.65Ti0.35)1-x/4O3, x=0.08, 0.09 e 0.10, foram denominadas como PLZT 8/65/35, 9/65/35 e 10/65/35, respectivamente. Para a obtenção de amostras de PLZT MO e CO 8, 9 e 10/65/35, com qualificações requeridas pelas CFT\'s (como por exemplo, porosidades residuais menores do que 1%), foram montadas duas técnicas de sinterização: (1) por dois estágios, com controle de atmosfera de PbO, e (2) por prensagem uniaxial a quente. No primeiro caso, observou-se densidades relativas com valores de ate 97% da densidade ideal, para as condições (tempo e temperatura) estudadas. No segundo caso, para as condições de tempo, temperatura e pressão estudadas, observou-se uma microestrutura com grãos pequenos e densidades superiores a 99%. Transmissão de luz (do visível ao infravermelho próximo) de ate 30% foi observada em amostras MO preparadas por prensagem a quente. As amostras CO, também prensadas a quente, apresentaram valores ótimos de transmissão na ordem de 16%. Estes resultados foram analisados segundo processos de espalhamento e absorção de luz por poros e fases precipitadas nos grãos e contornos de grão. O comportamento do efeito eletro-ótico foi discutido em termos da concentração de La e dos métodos de preparação, com o auxílio de medidas complementares das propriedades dielétricas e ferroelétricas do material. === Synthesis and characterization of the physical, ferroelectric and optical properties of the transparent ferroelectric ceramics (TFC) were performed for the (Pb,La)(Zr,Ti)O3 system. Lanthanum modified lead zirconate titanate (PLZT) powders were prepared by conventional oxides mixture (denominated MO) process and by an alternative co-precipitation (CO) method, that uses two calcinations stages. The comparative analysis of the final stoichiometry, in PLZT samples obtained from the two methods, was realized by X-ray diffraction. It was verified that samples sintered at 1200°C show only one perovskite phase (as desired) and symmetry indistinct from cubic. An indirect qualitative method for comparison of the synthesis processes was proposed, adding to X-ray data the values of density and dielectric properties of the samples. Then, it was observed that co-precipitated material presents higher chemical homogeneity and a final composition closer those obtained by others works (with the same nominal composition). The evolution of the phases and structural parameters of the PLZT CO and MO, near the region of diffuse (ferro-paraelectric) phase transition, was examined for different temperatures of material calcinations, through of X-ray diffraction data and Raman spectroscopy. The chosen compositions, with nominal formula ((Pb1-xLax)(ZrO.65Ti0.35)1-x/4O3, x=0.08, 0.09 e 0.10, were denominated as 8/65/35, 9/65/35 and 10/65/35 PLZT, respectively. Samples of PLZT MO and CO (8, 9 and 10/65/35) with required qualifications for CFT\'s (for example, residual porosities less than 1%), were sintered by two techniques: (1) by two stages, with PbO atmosphere control, and (2) by uniaxial hot pressing. In the first case, it was observed relative densities up to 97% of the ideal density for the studied conditions (time and temperature). In the second case, for the analyzed temperature, time and pressure, it was observed a microstructure with small grains with densities greater than 99%. Light transmission (from visible to near infrared) up to 30% was found for hot pressed MO samples. The hot-pressed CO samples presented transmission maximal values of ~ 16%. These results were analyzed through processes of scattering and absorption by pores and precipitated phases in grains and grain boundaries. The behavior of the electro-optic effect was discussed for La concentration and synthesis methods, with complementary measurements of the material dielectric and ferroelectric properties