РАЗДЕЛ 2
ОБРАЗЦЫ И ОБЩАЯ МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА
Исходя из основной цели и задач исследований, их решение было проведено следующими методами.
Объекты для проведения исследований - монокристаллы ряда твердых растворов Li2-xNaxGe4O9 (0,2 ? х ? 0,3) - были получены методом Чохральского.
Для изучения поляризационных явлений в этих кристаллах были проведены исследования зависимости диэлектрической проницаемости от температуры со смещающим электрическим полем и без него, исследования переполяризации в синусоидальных полях по методике Сойера - Тауэра, исследования температурных зависимостей пиротока квазистатическим методом, исследования импульсной переполяризации по методике Мерца.
2.1. Выращивание монокристаллов и приготовление образцов
Для получения ряда монокристаллов в системе Li2-xNaxGe4O9 (0,2?х?0,3) была приготовлена шихта, с изменением параметра х дискретно с шагом 0,01 (т.е. х принимал значения 0,3; 0.29; 0,28; 0,27; 0,26; 0,25; 0,24; 0,23; 0,22; 0,21; 0,2). Например, чтобы получить исходную шихту для состава Li1,7Na0,3Ge4O9 (х=0,3) брали соответствующие окислы в соотношении: 15,702 Li2СO3 + 3,975 Na2СO3 + 104,60 GeO2. Затем проводилось перемешивание состава в агатовой ступке агатовым пестиком, в течении двух часов. Для наилучшего перемешивания добавляли этиловый спирт (ГОСТ 5962-67) до сметанообразного состояния смеси. Затем смесь высушивали в термо-шкафу при температуре 373 К до полного испарения спирта, и пересыпав навеску в платиновый тигель соответствующего объема, проводили твердофазный синтез в печи сопротивления при температуре 1073 К с временем выдержки 6 часов. Далее производили помол синтезированной шихты в шаровой мельнице (агат) в течение двух часов. Подготовленную таким образом шихту помещали в платиновый тигель Pt №10 и нагревали до температуры на 20?30 К выше температуры плавления, выдерживая до полного плавления навески. Повторяя эту операцию три раза, доводили количество расплава до 80 % объема тигля. По окончании наплавки расплав выдерживали при той же температуре 12 часов для получения однородного состояния.
Первые монокристаллические блоки состава LiNaGe4O9 вытягивались на платиновую проволоку. Из них были приготовлены "затравки", ориентированные в главных кристаллографических направлениях с точностью не хуже 30?.
В результате пробных ростов было выбрано направление выращивания [010]. При изменении состава исходной шихты изменяли и материал затравки, так кристаллы Li1,7Na0,3Ge4O9 вытягивали на затравки из LiNaGe4O9, кристаллы Li1,71Na0,29Ge4O9 - на затравки из Li1,7Na0,3Ge4O9, а кристаллы Li1,72Na0,28Ge4O9 - на затравки из Li1,71Na0,29Ge4O9.
Технологические параметры процесса выращивания были следующие: скорость подъема затравки - 1,2 ? 3,0 мм/час; скорость вращения - 40 ? 60 об/мин; охлаждение расплава в процессе вытягивания були - 0,8 ? 1,2 К/час, снижение температуры в печи после прекращения роста 40 К/час до 700 К, затем естественное охлаждение кристалла вместе с ростовой печью.
По выше описанной технологии были получены прозрачные, бесцветные, хорошо ограненные монокристаллические були с размерами до 20 мм в поперечнике и 50 мм длиной. Выход наибольших граней соответствовал плоскости [001].
После выращивания дополнительный отжиг не проводили т.к. полученный материал не обладал внутренними механическими напряжениями и хорошо переносил механическую обработку в процессе распиливания и шлифовки (без образования трещин и сколов).
Изготовление образцов для дальнейших исследований проводили следующим образом. На выращенных монокристаллических булях с помощью рентгеновского дифрактометра определяли положение главных кристаллографических плоскостей. Для исследования поляризационных явлений главную поверхность образца (соответствующую плоскости [100]) получали, распиливая булю в направлении перпендикулярном направлению роста [010] и плоскости выхода наибольших граней [001]. Затем пластинки шлифовали на стекле шлифовальными порошками (корунд М20, М10, М7) и полировали на смоляном полировальнике алмазными микропорошками АСМ 3/2, АСМ 2/1, АСМ 1/0. Полученные главные поверхности имели отклонение от кристаллографической плоскости [100] не более 20'. Далее пластинки распиливали на образцы и напыляли на их главные поверхности серебряные электроды методом испарения в вакууме.
Были получены образцы размерами 5,0?5,0?0,5 мм3 с электродами на всю главную поверхность.
2.2. Методика измерений температурной зависимости диэлектрической проницаемости
Исследования диэлектрической проницаемости кристаллов LGO в зависимости от температуры, с приложенным внешним полем и без него, проведены мостовым методом, в интервале температур от Тс - 50 К до Тс + 50 К, где Тс - температура фазового перехода конкретного кристалла ряда Li2-xNaxGe4O9.
На предварительно сориентированный перпендикулярно сегнетоэлектрической оси образец, методом вакуумного напыления были нанесены серебряные электроды. Образец смонтирован в держателе и подключен к установке, блок-схема которой представлена на рис. 2.1.
Рис.2.1. Блок схема установки для исследования диэлектрической проницаемости.
1 - держатель; 2 - образец; 3, 5 - термопары; 4 - нагреватель держателя;
6 - термокамера термоэлектрическая ТК-1; 7 - блок питания ТК-1;
8 - блок силовой РИФ-101; 9 - блок регулирующий РИФ-101;
10 - мост емкостей Е8-2; 11 - ампервольтомметр Ф-30;
12 - источник постоянного тока.
Держатель (1) был изготовлен из меди в виде цилиндрического стакана с крышкой. На внутреннюю поверхность держателя с помощью бериллиевой теплопроводящей пасты через тонкую пластинку из слюды наклеивался образец (2) с припаянными к электродам токопроводящими контактами. Слюда использовалась для обеспечения электрической изоляции образца от корпуса держателя, так как для уменьшения паразитных шумов корпус был заземлен. Измерительный спай термопары