Composition de matériaux en céramique piézoélectrique

Différentes gammes d'applications ont des exigences de performance différentes pourMatériaux en céramique piézoélectrique. 1 Perovskite Piezoelectric Ceramic Material, La formule chimique est ABO3, A est un ion positif avec un grand rayon, qui peut être +1, +2, +3; B est un ion positif avec un petit rayon, qui peut être +3, +4, +5, +6. Le rayon ionique des trois ions A, B et O peut satisfaire la relation suivante pour former la structure ABO3: Ra + ro = t ère (RB + RO, T est un facteur de tolérance, peut généralement former du calcium entre 0,86 et 1,03. Structure du minerai en titane Formulation typique: (1) 0,99 [PBTIO3 + 0,04 LA2 / 3TIO3] + 0,01 MNO2, la température de calcination est de 850 ° C, préservation de la chaleur pendant 2 heures, la température de tir est de 1240 ° C, préservation de la chaleur pendant 1 heure. Ε = 240, kp = 0,096, qm = 1050, nt = 2120 (2) FILLER (30M-100MC) Filtre Porcelaine PBTIO3 + 1WT% MNO2 + 1WT% PB3O4ε = 150, kp = 0,40, qm = 800 ~ 1000, température et temps Bonne stabilité. 3PBiO3 + 3,0wt% CEO2 ++ 0,3MNO2 + 2,53WT% NB2O5, ε = 230, Qm = 1000.

(1) Avec le changement de Zr: Ti, le point Curie change presque linéairement de 235 ° C à 490 ° C, et la ligne TC est une phase paraelectrique cubique sans effet piézoélectrique.

(2) ZR: Il y a une limite de phase quasi-homogène près de Ti = 53: 47, le côté riche en titane est la phase ferroélectrique tétragonale Ft; Le côté riche en zirconium est la phase ferroélectrique trigonale à haute température FR, la température deTransducteurs de céramique piézoélectriqueRise, et cette limite de phase est riche en zirconium, le côté est incliné et coupe la ligne TC à 360 ° C (indiquant que la température Curie TC est élevée près de la limite de phase), et les paramètres des cellules unitaires sont brusquement modifiés près de la limite de phase . Il y a un fort effet piézoélectrique près de la limite de phase entre la phase ferroélectrique tétragonale FT et la phase ferroélectrique trigonale FR. KP, ε a une valeur maximale et QM a une très petite valeur. Les propriétés piézoélectriques de la porcelaine PZT près de la limite de phase sont beaucoup plus élevées que celles de la porcelaine BATIO3. Étant donné que le TC de la porcelaine PZT à la limite est élevé (360 ° C), KP et ε sont tous deux stables à moins de 200 ° C, ce qui est un matériau piézoélectrique idéal. Modification de dopage de la porcelaine PZT deTransducteur électronique de la céramique piézo. Afin de répondre à différentes fins, nous avons besoin de la céramique piézoélectrique PZT avec diverses propriétés. Pour cette raison, nous pouvons ajouter différents ions pour remplacer l'ion PB2 + au site A ou l'ion ZR4 +, Ti4 + au site B. Améliorant ainsi les performances du matériel.

Autre substitution de substitution modifiée substitution dure substitution modifiée substitution modifiée substitution modifiée substitution hétérovalente de substitution équivalente dopée PZT (1) substitution équivalente équivalente signifie que le rayon de Ca2 +, Sr2 +, Mg2 + est inférieur à celui de l'ion pb2 + dans la constante diélectrique ε du PZTdisque en céramique piézo, une augmentation du coefficient de couplage électromécanique KP, et une augmentation de la constante piézoélectrique D, améliorant ainsi les propriétés piézoélectriques de la céramique PZT. Le terme \"Modification de substitution douce \" signifie que l'ajout de ces additifs peut réduire la force de champ coercitive EC de ↓, et la polarisation est facile, de sorte que les propriétés du matériau deviennent \"Soft \" sous l'action du champ électrique ou stresser.

(a) LA3 +, Bi3 +, SB3 +, etc. Remplacez l'ion PB + 2 (dopage du donneur); NB5 +, TA5 +, SB5 +, W6 +, etc. Remplacement des ions B-Position Zr4 +, Ti4 + (dopage du donneur). Les propriétés de la porcelaine PZT modifiées par substitution douce ont les changements suivants: la résistance au champ coercitif EC diminue ↓, le facteur de qualité mécanique QM diminue ↓; La constante diélectrique ε augmente ↑, le tan de perte diélectrique Δ augmente ↑, le coefficient de couplage électromécanique KP lorsque ↑ est augmenté, la résistance au vieillissement est augmentée et la résistivité d'isolation ρ est augmentée ↑. La raison en est que leur ajout conduit à la formation d'une carence en PB2 +. Par exemple, si tous les deux LA3 + S remplacent 3 PB2 +, afin de maintenir le solde du prix de l'électricité, le nombre de cations en position A dans la structure de pérovskite est réduit et une vacance A est générée. En raison de l'absence de PB2 +, le mouvement du domaine est facilité, et même la résistance du champ électrique ou la contrainte mécanique peut faire bouger les parois du domaine.

En conséquence, une augmentation de la constante diélectrique et du coefficient de conformité élastique deTransducteurs en céramique piézocéramique PZTse produit, et en même temps, la perte diélectrique et la perte mécanique augmentent, et QM diminue. De plus, comme la direction des domaines est facile, le nombre de domaines orientés dans le sens du champ électrique est augmenté, augmentant ainsi la polarisation, de sorte que l'effet piézoélectrique est considérablement augmenté, ce qui est représenté par une augmentation de la valeur KP . Étant donné que la résistance de direction du domaine devient faible, le champ coercitif pour inverser la polarisation pour surmonter la résistance est faible et la ligne de retour est presque rectangulaire. De plus, en raison de l'absence de PB2 +, la contrainte interne causée par la direction à 90 domaines est tamponnée, de sorte que la souche résiduelle devient petite. En d'autres termes, comme les murs du domaine sont facilement déplacés, la contrainte interne des domaines est facilement libérée, donc les performances de vieillissement sont bonnes. \"Soft \" Les additifs sont couramment utilisés en modifiant les additifs.

(b) Par exemple, le type de transducteur acoustique sous-marine acceptant est souvent dopé avec La2O3 et NB2O5 afin d'augmenter la valeur KP et la constante diélectrique. PB0.95SR0.05 (ZR0.52TI0.48) O3 + 0,9% LA2O3 + 0,9% NB2O5, KP = 0,60, ε = 2100, qm = 80, bonne stabilité, résistivité de volume 1012 ohm \"Soft \" Additif La quantité généralement ne dépasse pas 5%. b Modification de substitution dure, la soi-disant \"Modification de substitution dure \" signifie que l'ajout de ces additifs peut augmenter la force de champ coercitive EC, et la polarisation devient difficile, de sorte que les propriétés matérielles deviennent \"dures \" sous l'action de champ électrique ou de stress.

(a) k +, na +, etc. en substituant les ions pb2 + sites (dopage accepteur);

(b) Les ions Zr4 + et Ti4 + (accepteur dopés) substitués par B à Fe2 +, CO2 +, Mn2 + (ou Fe3 +, CO3 +, Mn3 +), Ni2 +, Mg2 +, Al3 +, CR3 +, et similaire.

Les propriétés de la porcelaine PZT modifiées par une substitution dure ont les changements suivants: La résistance coercitive du champ EC augmente ↑, le facteur de qualité mécanique QM augmente ↑; La constante diélectrique ε diminue, la perte diélectrique Tan Δ diminue ↓, le coefficient de couplage électromécanique KP diminue petit ↓, la résistance au vieillissement est réduite et la résistivité d'isolation ρ est réduite.

Pérovskite ternaire céramique piézoélectrique

En modifiant le rapport Zr / Ti et en incorporant une petite quantité d'additifs, bien que certaines propriétés puissent être améliorées, en raison de la gamme plus large et plus large de matériaux piézoélectriques, les exigences pour les matériaux augmentent et sont plus élevées, et seuls les systèmes binaires ne peuvent pas répondre au exigences d'utilisation. Il y a donc un système ternaire. Le soi-disant matériau en céramique piézoélectrique de pérovskite ternaire se réfère à une solution solide formée d'un composé de pérovskite composite et de titanate de zirconate de plomb.