Vistas:1 Autor:Editor del sitio Hora de publicación: 2019-10-29 Origen:Sitio
PZT La cerámica piezoeléctrica tiene las características de la alta temperatura de Curie, la piezoelectricidad fuerte, la fácil modificación de dopaje y la buena estabilidad. Desde la década de 1960, ha sido un punto de atención e investigación caliente, y ha dominado el campo de la cerámica piezoeléctrica. En términos del proceso de preparación de la cerámica piezoeléctrica PZT, la sintesis de polvos de PZT y la sinterización de la densidad tienen la mayor influencia en la calidad de los productos PZT. El polvo ultrafino PZT tiene las ventajas del tamaño fino de las partículas, el área de superficie específica grande y la alta reactividad, que pueden reducir la temperatura de la sinterización, reducir la volatilización de plomo, asegurar la estaquiometría precisa y mejorar el rendimiento de los productos PZT. Por lo tanto, la preparación del polvo ultrafino PZT se ha convertido entubo piezoico bajo el agua. El foco de la investigación de cerámica eléctrica. En los últimos años, muchos de los nuevos métodos se han desarrollado para el estudio de la preparación de polvo ultrafino PZT. Además del método de fase a fase tradicional, el método de fase sólida incluye el método de microondas de radiación, puerto método químico mecánico, y el método de sinterización de reacción. El método de fase líquida tiene las ventajas de baja temperatura de síntesis, un equipo sencillo, de fácil operación, bajo costo, etc., y que se ha utilizado para la preparación de PZT en polvo, tal como el método sol-gel, método hidrotérmico, método de precipitación \" . Sin embargo, todavía hay muchas deficiencias en la preparación y el rendimiento de PZT cerámicas piezoeléctricas, incluyendo aglomeración de polvo, estequiometría y fácil de envejecimiento de las propiedades del producto. las razones para los problemas anteriores y el progreso de la investigación de la solución de estos problemas se discuten como sigue, y algunas sugerencias para el desarrollo de la cerámica piezoeléctrica PZT se proponen.
1 aglomeración en polvo
La aglomeración de polvo generalmente incluye aglomeración suave y aglomeración dura. La aglomeración suave está formada por la mejora y la interacción de la fuerza de Van der Waals, la atracción electrostática y la fuerza capilar entre partículas a medida que disminuye el tamaño de las partículas de polvo; La aglomeración dura se debe a la unión químicamente enlazada entre los grupos. La acción forma un enlace de oxígeno de puente, y la cadena de oxígeno de puente entre las partículas interactúa para formarse. El problema de la aglomeración es el factor más importante que afecta al excelente rendimiento del polvo ultrafino PZT, y también afecta en gran medida a la calidad de los productos PZT. Esto se debe a que los materiales PZT son materiales funcionales. Los requisitos básicos para los polvos sintéticos son una alta pureza, una distribución de tamaño de partícula ultrafino, uniforme, buena dispersión, precisión estequiométrica y dopaje uniforme. Además. La aparición de aglomeración en la síntesis de bismuto de tubería de cerámica PZT PIZO, conducirá a una disminución de la densidad a granel y la morfología desigual, e introducirá una gran cantidad de poros que resultan en la microestructura desigual, afectando seriamente la densidad del cuerpo sinterizado y también puede conducir al segundo proceso de sinterización. Recristalización secundaria, reduciendo así las propiedades piezoeléctricas y termoeléctricas del artículo PZT. Por lo tanto, reducir o evitar la aglomeración en la síntesis de ultrafina PZT en polvo es un requisito previo para la preparación de la cerámica piezoeléctrica PZT de alto rendimiento. La aglomeración en la preparación del polvo PZT incluye dos formas de aglomeración suave y dura. El mecanismo de aglomeración también es diferente para diferentes métodos de preparación de polvo. El método tradicional de fase sólida para sintetizar PZT en polvo se caracteriza por moler de bolas repetidas y alta temperatura de calcinación. El fresado de bolas repetidas no solo introduce impurezas, sino también con los conductores excesivos a la formación de aglomeración. En particular, el método mecánico desarrollado principalmente utiliza energía mecánica completa la síntesis de la fase PZT, y el tiempo de la pelota es tan largo como el cielo. Es más fácil introducir impurezas y causar aglomeración en polvo. La temperatura de calcinación excesiva también puede causar aglomeración de polvo. El método de la fase líquida se utiliza para sintetizar el polvo PZT. Debido a que las partículas de fase sólida se forman en la fase líquida, generalmente se someten a nucleación, crecimiento, coalescencia y aglomeración. Por lo tanto, la estructura aglomerada puede formarse cuando es una partícula de fase sólida formada en la fase líquida. Debido al movimiento browniano, las partículas están cerca unas de otras. Cuando la energía cinética entre las partículas es mayor que la barrera que forma el aglomerado, entre las partículas de licitación bajo la acción del movimiento, se reúnen entre sí. En segundo lugar, en el proceso de separación sólido-líquido, con la eliminación de la última parte de la fase líquida, las partículas de fase sólida se acercan entre sí debido a la tensión superficial. Especialmente la síntesis de PZT en polvo con agua como solvente. Los rastros de agua que eventualmente permanecen entre las partículas se unirán a las partículas y las partículas herméticamente juntas por hidrógeno. Además, el precursor de polvo PZT preparado generalmente se calcina en 500 a 700 °C, que también puede causar aglomeración en polvo, y también puede hacer que los aglomerados formados agravan la formación de estructuras aglomeradas debido a la sinterización local. Se puede ver que pZT Powder se prepara mediante el método de coprecipitación. Cada etapa de coprecipitación, crecimiento de grano a enjuague, secado y calcinación del precipitado puede resultar en el crecimiento de las partículas y la formación de aglomerados. De acuerdo con la formación de aglomeración, reducción o evitación del crecimiento de las partículas y la aglomeración en la preparación del polvo ultrafino PZT, se pueden considerar a partir de los siguientes aspectos: una es la separación del proceso de nucleación y crecimiento, promueve la nucleación, el crecimiento del control; Asegúrese de que la tasa de nucleación grande diez tasas de crecimiento, es decir, para garantizar que el precursor de PZT en polvo se genere bajo un gran grado de supercoolización o supersaturación alta. El segundo es la prevención de la aglomeración de PZT en polvo. Esto incluye cómo inhibir la formación de aglomeración durante la preparación del polvo y cómo eliminar la aglomeración después de la aglomeración. El método para inhibir la aglomeración durante la preparación en polvo incluye: (1) seleccionar condiciones de reacción razonables (tales como valor de pH, concentración de reacción y temperatura); (2) tratamiento especial durante la síntesis en polvo o el secado; Incluyendo el procesamiento de la síntesis en polvo, se agrega un surfactante y se filtra con un disolvente orgánico, y la tensión superficial del surfactante es baja. Por lo tanto, se puede obtener un precursor de polvo con un grado más liviano de aglomeración; Se adopta un proceso de secado especial en el proceso de secado, principalmente el secado de congelación, el secado supercrítico y el secado de infrarrojos lejanos, etc. El principio básico es eliminar el líquido de gas con una gran tensión superficial. La interfaz, o las partículas se fijan y no pueden estar cerca entre sí. Por ejemplo, la liofilización es usar una temperatura baja y una presión negativa para sublime el medio líquido crudo congelado a una fase sólida bajo una presión negativa, ya que las partículas de fase sólida se congelan en el medio líquido crudo. Y no hay una interfaz de gas-líquido con una gran tensión superficial en el capilar entre las partículas, evitando así el problema de la aglomeración severa causada por el puente líquido.
(3) Seleccione las mejores condiciones de calcinación o use procesos especiales, como el uso del calentamiento de microondas sin transferencia de calor, alta eficiencia energética y otras características para reemplazar el horno eléctrico de alta temperatura tradicional, a 600. C .a POPO PZT de un solo componente fue obtenido. Los métodos para eliminar la aglomeración después de la formación de aglomerados son la deposición o la sedimentación, el molienda y el tratamiento ultrasónico, la adición de un dispersante y similares. Por ejemplo, Wang Xicheng \"Utiliza el alcóxido de metal y el nitrato como materias primas, controla estrictamente la generación de coprecipitación, el lavado y las condiciones de selección de la dispersión, adopta la tecnología de liofilización y luego sufre un proceso de calcinación razonable para formar una composición uniforme sin aglomeración dura. Cuerpo, fase única de perovskite, alta actividad de sinterización de Micron tamaño PZT (52/48) MICROPOWDERestán formados por la tecnología de prensado isostático en frío (CIP), la suspensión de densificación se puede lograr a 800 °C, y su densidad relativa se logra.
La influencia de la estaquiometría estequiométrica en la calidad de los productos PZT incluye principalmente los aspectos de Z: primero, la volatilización de plomo durante el proceso de sinterización de la cerámica piezoeléctrica PZT hace que los componentes se desvíen de la estoquiometría precisa y se reduce el rendimiento de los productos; Por otro lado, el ZR / en los componentes. La fluctuación de TI afecta la estabilidad del rendimiento del producto PZT. En general, la volatilización de plomo se considera debido a la alta temperatura de sinterización de la cerámica piezoeléctrica PZT. El óxido de plomo tiene una presión de vapor saturada relativamente alta en un entorno de alta temperatura, lo que conduce a la volatilización de plomo. Cuanto mayor sea la presión de vapor saturada, el cable más fácilmente se condense y ZR con el aumento de / TI, la temperatura de sinterización de la cerámica piezoeléctrica PZT aumenta, y la presión de vapor saturada del óxido de plomo aumenta gradualmente. La pérdida de plomo se volverá más seria, por lo que las cerámicas piezoeléctricas ZR / TI PZT altas son más difíciles de sinterizar, y la presión parcial de oxígeno demasiado baja durante la sinterización conducirá a la volatilización de plomo. El material PZT preparado por el método de fase sólida convencional tiene una temperatura de sinterización de generalmente 1,200 debido a la baja actividad del polvo sintético. Es fácil causar una gran cantidad de volatilización por plomo, el rendimiento del producto no es alto, por lo que es difícil el método de fase sólida de los productos PZT para cumplir con los requisitos de alto rendimiento del campo de la aplicación. En la actualidad, las principales medidas adoptadas por investigadores materiales en el hogar y en el extranjero para la volatilización de plomo son los siguientes: Primero, se agrega un cable excesivo a la síntesis en polvo. Se agrega el exceso de plomo. En la etapa inicial de sinterización, debido a la formación de fase líquida, el área de contacto deSe pueden aumentar los reactivos, la tasa de difusión de zirconio, titanio y dopantes se puede acelerar, y la uniformidad del producto puede mejorarse; La fase líquida formada también puede acelerar el movimiento de difusión de la disolución y la precipitación, conduce al reordenamiento y el empaque cerrado de las partículas, acelere la densificación del producto. Sin embargo, cuando la cantidad de plomo agregado es demasiado, el exceso de plomo se depositará en el cristal en una mano, lo que reducirá el rendimiento del producto. Por otro lado, hará que la concentración local de titanio en el componente PZT sea demasiado alta, y la solubilidad en el óxido de plomo de fase líquida es un zroz seco grande. Solubilidad, lo que resulta en un alto contenido local de titanio de laProducto PZT después de la sinterización, especialmente en el límite del grano. Afectando así la uniformidad de la microestructura del producto y reduciendo el rendimiento del producto. La adición de plomo en exceso afecta las propiedades mecánicas de los componentes cerámicos piezoeléctricos PZT: cuando el producto es excesivo excesivo en plomo, un modo de fractura es una fractura transgranular. En segundo lugar, en el proceso de sinterización del producto, de acuerdo con el mecanismo de volatilización del plomo, se adoptan un sistema de sinterización razonable y medidas especiales. Se usa ampliamente para agregar una hoja de atmósfera de sinterización y una técnica de bismuto de doble capa a Sinter, y controlar la atmósfera de sinterización para ser una atmósfera oxidante. Esto reducirá la volatilización de plomo y evitará la ennegrecimiento del producto. Bajo una atmósfera reductora, TI se reduce fácilmente a T1 ̈Para oscurecer el producto.
El tercero es agregar una cantidad apropiada de dopantes. La dopaje reduce la volatilización de plomo y, por otro lado, mejora el rendimiento del producto PZT. El cuarto es estudiar aún más la síntesis de polvo PZT de alta actividad, de modo que la cerámica piezoeléctrica PZT se puede densificar y sinterizar a una temperatura más baja que la del plomo. Además, el mecanismo de volatilización del plomo sigue siendo estudiado adicionalmente. La temperatura de volatilización del óxido de plomo en la síntesis hidrotermal de PZT Powder es 924.71. C, y la temperatura de reacción entre las partículas ̈. La temperatura de reacción entre la síntesis de fase sólida pPartículas de polvo zt a 26 °C fue 47. C. La temperatura de oxidación del óxido de plomo es 29.°C; la temperatura eutéctica más baja del pEl sistema ZT es 838. C. Se puede ver que se deben tomar medidas de proceso razonables de acuerdo con el mecanismo de volatilización del plomo y el método de preparación de PZT en polvo para reducir la volatilización de plomo y mejorar el rendimiento de los productos PZT.
5 dopaje
Los estudios han demostrado que el rendimiento del producto PZT está estrechamente relacionado. En la actualidad, para el estudio de los materiales PZT, ZR / TI se concentra principalmente en el rango de 53/47 y 95/5. Sin embargo, confiar únicamente en diferentes ZR / T- para mejorar el rendimiento de los productos PZT no puede cumplir con los requisitos de los productos PZT en diferentes campos. También es necesario mejorar los productos seleccionando cierta cantidad apropiada de dopantes sobre la base de ZR / TL. Mientras reduce el efecto de las fluctuaciones en ZR / TI en la estabilidad del desempeño de los artículos PZT. El aditivo puede ser mutuamente soluble en la red de cristal principal y puede precipitarse en el límite del grano en forma de la segunda fase. Cuando se puede soluble mutuamente, el rendimiento o la estructura de la fase cristalina principal se puede cambiar de acuerdo con la cantidad de adición; Cuando no es mutuamente soluble. Como la segunda fase, el límite del grano se ve afectado, lo que afecta la fuerza de unión o la propiedad de límites de grano entre los granos de cristal. Los principales efectos del dopaje incluyen la formación de vacantes, la inhibición del crecimiento del grano, la formación de la fase líquida bovina y la expansión del rango de temperatura de sinterización. Al mismo tiempo, de acuerdo con el papel del dopante en la cerámica piezoeléctrica PZT, se puede dividir en tres tipos: dopaje de donantes, dopaje de aceptación y dopaje de compuesto iónico variable. En el estudio de modificación de dopaje de la cerámica piezoeléctrica PZT, LA, MN2- y NB se han estudiado en grandes cantidades. Se estudió el efecto de los Nbzos dopados en el material PZT65 / 35 preparado por el método de fase sólida. Se encontró que la adición de Niobio promovió significativamente la densificación y la sinterización, e inhibió el crecimiento del niobio con el aumento del contenido de niobio debido a NB0. El fortalecimiento de la acción electrostática octaédrica hace que la cepa de la célula de la unidad de Romboid de PZT sea tensa. La celda de la unidad tiende a estirarse en la superficie, lo que hace que el producto sea fácil de polarizar, y también contribuye a la mejora de su propiedad antienvejecimiento. El límite de \"solubilidad \" en el material PZT es de 7% en moles. Cuando la cantidad es menor que 7. El aluminio y la red cristal de perovskita son completamente solubles mutuamente. En este punto, el producto está completamente en la fase de Perovskite. Exhibe características de impureza de los donantes; Cuando se agrega en una cantidad mayor que 7 mol, el exceso de rutenio reaccionará con plomo o titanio, lo que resultará en la producción de una segunda fase, como una fase de fluorita, que reduce las propiedades dieléctricas y piezoeléctricas del artículo. El efecto en la microestructura y las propiedades piezoeléctricas de los materiales PZT, y el estado de valencia de manganeso en materiales PZT se determinó por ESR. Los resultados muestran que la solubilidad del manganeso en materiales pz-butilo es principalmente en forma de MN y MN5 +. 1.5nlol \", cuando el contenido de manganeso
4. Envejecimiento
El envejecimiento se refiere a la característica de que los parámetros de rendimiento eléctricas de artículos de PZT cambian con el tiempo. Sabemos que las cerámicas piezoeléctricas PZT pertenecen a ABO. La estructura de perovskita comprende tres fases de cristal de cúbica, tetragonal y romboédrica. Según zr / T1, diferentes fases de cristal puede ser producido, y el catión activado es tipo A de iones. Por debajo de la temperatura de Curie, los iones de tipo A o de tipo B entran en una determinada posición, produciendo polarización espontánea y la formación de dominios, pero el ángulo entre dominios adyacentes sólo pueden ser 90 o 180. Esto es debido ya sea a la polarización espontánea del ferroeléctrico estructura de dominio permite que la orientación sea equivalente al eje del eje de polarización ferroeléctrico en la estructura de prototipo del cuerpo ferroeléctrico. Al mismo tiempo, la estructura del dominio ferroeléctrico también está restringido por la cepa espontánea del cristal. La fase debe asegurarse de que la cepa espontánea generada por los dominios adyacentes en las paredes de dominio puede ser compatible, por lo que el ángulo de los dominios adyacentes de F sólo puede ser 90 o 180. Al mismo tiempo, los productos cerámicos piezoeléctricos sinterizado deben estar en fuerte corriente directa. Bajo la acción del campo, la polarización espontánea de cada dominio se ve obligado a estar alineados, generando de este modo la polarización residual, es decir, que exhibe un efecto piezoeléctrico. El PZT polarizadoDisco cerámico piezoeléctricoSe ve obligado a perseguir el trastorno intracelular debido al campo eléctrico de polarización. La disposición de 90 holguras y 180. Dirección de dominio, disposición ordenada y el eje de polarización espontánea en la celda unitaria es un poco más larga que el eje de polarización no espontánea, y la tensión genera un gran estrés interno cuando se está volviendo. Después de eliminar el campo eléctrico externo, esta tensión interna provoca el desequilibrio interno de la celda unitaria. y almacenar más energía interna, que conduce a los 90 que se han convertido. El nuevo dominio se restaura a la disposición desordenada antes de la polarización para liberar gradualmente el estrés interno. Por lo tanto, la polarización residual está relacionada con estos. Los parámetros de desorden y disminución gradual, dieléctricos y piezoeléctricos cambiarán en consecuencia. Se puede ver que el trastorno de los nuevos dominios es la raíz del mecanismo de envejecimiento. Las leyes de envejecimiento generalmente incluyen lineales, no lineales y graduales. Hay tres tipos de casi lineales. Los factores que afectan al envejecimiento de los productos PZT incluyen factores externos e internos. Los factores externos están relacionados con el entorno de uso. Los factores internos, como la temperatura y la humedad están estrechamente relacionados con la estructura de dominio y el movimiento de dominio, que se debe a un campo eléctrico alto. El proceso de inversión de polarización se completa con el movimiento de las paredes de dominio y la generación y el movimiento de las nuevas paredes de dominio. La estructura del dominio está estrechamente relacionada con la microestructura después de la sinterización, como el tamaño de grano, el límite de grano, etc. cuando el tamaño del grano es pequeño. Cuando el tamaño de la pared de dominio es similar, el desarrollo de la estructura de dominio ferroeléctrico y el movimiento de la La pared de dominio será obstaculizada. Específicamente, a medida que aumenta el tamaño del grano, la fracción de volumen de límite de grano disminuye, y el acoplamiento entre el límite del grano y la pared del dominio disminuye. Dominio La orientación es más difícil, y el movimiento de la pared del dominio se suprime severamente, por lo que la polarización remental y el aumento constante dieléctrico con el aumento del tamaño del grano, y la fuerza de campo coercitiva disminuye. El grosor y las propiedades del límite del grano también tienen un efecto en la estructura del dominio. El límite de grano es favorable para el desarrollo del dominio a través del límite del grano y mejora la piezoelectricidad del producto.
