Investigación y avances en técnicas de baja temperatura Liquid Fase Sintering PZT Cerámica Piezoeléctrica

La cerámica de titanato de zirconato (PZT) de zirconato se ha utilizado ampliamente enTransductor de cerámica piezoeléctrica polarizadaDebido a sus excelentes propiedades. Sin embargo, las cerámicas piezoeléctricas que contienen PZT tienen una temperatura de sinterización relativamente alta de aproximadamente 1200 ° C. La temperatura de oxidación del óxido de plomo (PO) es de aproximadamente 800 ° C. Por lo tanto, es fácil causar la volatilización de PO durante el proceso de sinterización, que no solo causa la contaminación ambiental, sino que también hace que la composición real del material cerámico se desvíe de la formulación diseñada, lo que resulte en el deterioro de las propiedades eléctricas. Además, con el desarrollo de la tecnología de montaje en superficie (SMT), los dispositivos de chip de múltiples capas son favorecidos por el mercado de su alta eficiencia, miniaturización y integración funcional. Sin embargo, la alta temperatura de sinterización de las marcas de cerámica piezoeléctrica que sea difícil lograr una co-cocción del material cerámico y el material de electrodo. Si se puede hacer una mejora del proceso al reducir la temperatura de sinterización, no solo tiene un valor técnico y económico importante en la supresión de la volatilización del PBO, lo que garantiza las propiedades de los materiales, lo que reduce la contaminación ambiental, prolongando la vida del equipo, etc., pero también reemplazando PT y PD con AG, NI, etc. El metal noble se usa como electrodo interno para disparar el componente piezoeléctrico de chip de múltiples capas a la vez, lo que reduce en gran medida el costo del dispositivo y ahorrando energía. Además, la investigación en profundidad sobre la sinterización a baja temperatura puede promover el desarrollo de la teoría de la sinterización. En la actualidad, los métodos de proceso para reducir la temperatura de sinterización de las cerámicas, incluido el proceso de sinterización, el proceso de fresado y el método de sinterización de fase líquida. Entre ellos, el proceso de sinterización de fase líquida es el más simple, el costo más bajo, y es conveniente para la aplicación industrial. Es uno de los puntos calientes en la industria piezoeléctrica en el hogar y en el extranjero para estudiar la sinterización de baja temperatura de la cerámica piezoeléctrica PZT mediante la sinterización de la fase líquida.

1 Mecanismo de la sinterización de la fase líquida.

Al sinterizar una ayuda de sinterización de baja fusión, como BI2O3, B2O3, SIO2, V2O5, etc. en un material de base piezoeléctrica PZT, agregar una sustancia es capaz de formar una solución sólida con PZT, la sinterización de PZTTransductor piezoico piezoeléctrico de cerámicaPertenece a una fase líquida. La fase líquida que ocurre durante el proceso de sinterización mojará las partículas del cuerpo verde y llene los poros entre las partículas, que está creando una tensión superficial entre las partículas. La magnitud de la tensión superficial está relacionada con la naturaleza, la cantidad y el tamaño de las partículas de la fase líquida. Bajo la acción de la tensión superficial, las partículas fluyen y cambian la disposición original y reorganizanlas para obtener un embalaje más cercano entre las partículas verdes. Al mismo tiempo, debido a la presencia de la fase líquida, el proceso de transferencia de masa continuará en la interfaz entre la fase líquida y la fase sólida, las partículas pequeñas se disuelven gradualmente para desaparecer, y las partículas grandes crecen continuamente y eventualmente se vuelven uniformes. y densa porcelana. La presencia de una fase líquida activa los átomos en la superficie de las partículas de polvo. La fase de vidrio de baja fusión formada por varias ayudas de sinterización de baja fusión se distribuye a lo largo de la interfaz de contacto de cada partícula, y los átomos se transportan por difusión de fase líquida, y el coeficiente de difusión es grande, de modo que el proceso de sinterización se acelera en gran medida, y la temperatura de sinterización se puede hacer más grandes que cuando no se produce la fase líquida. Para reducir que los siguientes tres requisitos deben cumplirse como aditivos para la sinterización de la fase líquida: (1) la fase líquida debe aparecer en la temperatura de sinterización; (2) buena humectabilidad a los sólidos; (3) Fase sólida en fase líquida. Hay una solubilidad significativa en ella.

2 maneras de lograr la sinterización de la fase líquida

La mayor ventaja de la cerámica piezoeléctrica PZT es que pueden ajustarse a una amplia gama de propiedades electrofísicas cambiando la composición o cambiando las condiciones externas para satisfacer diferentes necesidades. El uso de otras sustancias para lograr la sinterización de baja temperatura de las cerámicas PZT no solo reduce la temperatura de sinterización, sino que también optimiza sus propiedades eléctricas. Además, la fase líquida, la sinterización de baja temperatura se puede realizar mediante el método de fase sólida convencional, y el proceso es simple e industrializado. La sinterización de la fase líquida se lleva a cabo principalmente de tres maneras: (1) La materia sólida se forma en una solución sólida con el cuerpo sinterizado; (2) El aditivo forma una fase líquida con el cuerpo sinterizado (3), el aditivo forma una fase líquida de transición con el cuerpo sinterizado.

3.1 Además del cuerpo sinterizado para formar una solución sólida.

Cuando la mezcla está cerca del tamaño de la partícula, la forma de cristal piezo y el precio de la electricidad de la fase de sinterización, puede ser mutuamente soluble para formar una solución sólida, lo que hace que la fase de cristal principal esté distorsionada, y los defectos se incrementan. , de modo que algunos elementos estructurales estén en un estado no equilibrio, que tiene una gran energía y es conveniente. Mudarse para promover la sinterización.

2.2 La adición de la sustancia al cuerpo sinterizado forma una fase líquida.

La sinterización de la fase líquida se debe a la adición de aditivos para que el sistema tenga un punto eutéctico bajo. La temperatura es significativamente más baja que la temperatura de sinterización tradicional de laTransductor de disco redondo piezo. La fase líquida se forma en la etapa inicial de sinterización. El límite del grano se puede mejorar debido al reordenamiento de grano y el fortalecimiento del contacto en la sinterización de la fase líquida. La movilidad es tal que los poros se descargan suficientemente, promoviendo así la densificación de la sinterización y el logro del propósito de reducir la temperatura de sinterización. Sin embargo, la adición de un vaso u óxido de baja fusión introduce una segunda fase, y la presencia de demasiada segunda fase conduce inevitablemente a una disminución significativa en la constante dieléctrica de la cerámica, y debe ser un aumento en la pérdida dieléctrica. señalado.

2. 3 La adición y el cuerpo sinterizado forman una fase de líquido transitorio.

Si la cerámica piezo puede formar una fase líquida en la etapa inicial de sinterización, y la composición de la fase líquida puede volatilizar o volver a ingresar la red de la fase de cristal principal a una temperatura alta, puede funcionar como una modificación de dopaje. Dichos aditivos de puntos de fusión bajos no solo pueden reducir en gran medida la temperatura de sinterización, sino que también evitan la formación de fases secundarias mediante la adición de flujo, manteniendo así las buenas propiedades piezoeléctricas del material base original, que es de gran importancia para el ahorro de energía y el medio ambiente. Reducción de la contaminación.