Nombre Parcourir:0 auteur:Éditeur du site publier Temps: 2019-10-29 origine:Propulsé
La céramique piézoélectrique PZT a les caractéristiques de la température élevée de la curie, de la forte piézoélectricité, de la modification facile de dopage et de la bonne stabilité. Depuis les années 1960, il a été un point chaud de l'attention et de la recherche, et il a dominé le domaine de la céramique piézoélectrique. En termes de processus de préparation de la céramique piézoélectrique PZT, la synthèse de poudre PZT et le frittage de densification ont la plus grande influence sur la qualité des produits PZT. La poudre ultrafine PZT présente les avantages de la taille des particules fines, de la grande surface spécifique et de la réactivité élevée, ce qui peut réduire la température du frittage, réduire la volatilisation du plomb, assurer une stoechiométrie précise et améliorer les performances des produits PZT. Par conséquent, la préparation de la poudre PZT ultrafine est devenuetube piézo-marin. L'objectif de la recherche en céramique électrique. Ces dernières années, de nombreuses nouvelles méthodes ont été développées pour l'étude de la préparation de poudre PZT ultrafine. En plus de la méthode de phase traditionnelle, la méthode de phase solide comprend la méthode de rayonnement micro-ondes, le port de méthode chimique mécanique et la méthode de frittage de réaction. La méthode de phase liquide présente les avantages de la faible température de synthèse, de l'équipement simple, du fonctionnement facile, du faible coût, etc., et qui a été utilisé pour la préparation de la poudre PZT, comme la méthode sol-gel, la méthode hydrothermale, la méthode des précipitations \" . Cependant, il y a encore de nombreuses lacunes dans la préparation et les performances de la céramique piézoélectrique PZT, y compris l'agglomération en poudre, la stoechiométrie et le vieillissement facile des propriétés du produit. Les raisons des problèmes ci-dessus et des progrès de la recherche de la résolution de ces problèmes sont discutés comme suit, et Certaines suggestions de développement de la céramique piézoélectrique PZT sont proposées.
1 agglomération en poudre
L'agglomération en poudre comprend généralement une agglomération douce et une agglomération dure. L'agglomération douce est formée par l'amélioration et l'interaction de la force de van der Waals, de l'attraction électrostatique et de la force capillaire entre les particules à mesure que la taille des particules de poudre diminue; L'agglomération dure est due à la liaison chimiquement liée entre les groupes. L'action forme une liaison d'oxygène pontant et la chaîne d'oxygène pontant entre les particules interagit pour se former. Le problème d'agglomération est le facteur le plus important affectant les excellentes performances de la poudre PZT ultrafine, et il affecte également considérablement la qualité des produits PZT. En effet, les matériaux PZT sont des matériaux fonctionnels. Les exigences de base pour les poudres synthétiques sont une pureté élevée, ultrafine, une distribution de taille uniforme des particules, une bonne dispersion, une précision stoechiométrique et un dopage uniforme. En outre. La survenue d'agglomération dans la synthèse du bismuth PZT PIEZO PIEZO CERAMIQUE entraînera une diminution de la densité en vrac et de la morphologie inégale, et introduira un grand nombre de pores entraînant la microstructure inégale, affectant sérieusement la densité du corps frit au deuxième processus de frittage. Recristallisation secondaire, réduisant ainsi les propriétés piézoélectriques et thermoélectriques de l'article PZT. Par conséquent, réduire ou éviter l'agglomération dans la synthèse de la poudre PZT ultrafine est une condition préalable à la préparation de la céramique piézoélectrique PZT à haute performance. L'agglomération dans la préparation de la poudre PZT comprend deux formes d'agglomération douce et dure. Le mécanisme d'agglomération est également différent pour différentes méthodes de préparation de la poudre. La méthode de phase solide traditionnelle pour synthétiser la poudre PZT est caractérisée par un broyage à billes répété et une température de calcination élevée. Le broyage à balles répété introduit non seulement des impuretés, mais aussi la sur-grincement conduit à la formation d'agglomération. En particulier, la méthode mécanochimique développée utilise principalement l'énergie mécanique complète la synthèse de la phase PZT, et le temps de balle est aussi long que le ciel. Il est plus facile d'introduire des impuretés et de provoquer une agglomération en poudre. Une température de calcination excessive peut également provoquer une agglomération en poudre. La méthode de phase liquide est utilisée pour synthétiser la poudre PZT. Parce que les particules de phase solide se forment dans la phase liquide, elles subissent généralement une nucléation, une croissance, une coalescence et une agglomération. Par conséquent, la structure agglomérée peut être formée lorsqu'il s'agit d'une particule de phase solide formée en phase liquide. En raison du mouvement brownien, les particules sont proches les unes des autres. Lorsque l'énergie cinétique entre les particules est supérieure à la barrière formant l'agglomérat, entre les particules tendres sous l'action du mouvement, elles se réunissent mutuellement. Deuxièmement, dans le processus de séparation solide-liquide, avec l'élimination de la dernière partie de la phase liquide, les particules de phase solide sont rapprochées les unes des autres en raison de la tension superficielle. En particulier la synthèse de la poudre de PZT avec de l'eau comme solvant. Les traces d'eau qui restent finalement entre les particules lieront les particules et les particules étroitement ensemble par l'hydrogène. De plus, le précurseur de poudre PZT préparé est généralement calciné à 500 à 700 °C, qui peut également provoquer une agglomération en poudre, et peut également inciter les agglomérats formés à aggraver la formation de structures agglomérées dues au frittage local. On peut voir que pLa poudre ZT est préparée par méthode de coprécipitation. Chaque étape de coprécipitation, de croissance des grains au rinçage, au séchage et à la calcination du précipité peut entraîner la croissance des particules et la formation d'agglomérats. Selon la formation d'agglomération, la réduction ou l'évitement de la croissance des particules et de l'agglomération dans la préparation de la poudre de PZT ultrafine peut être considérée à partir des aspects suivants: l'une est la séparation de la nucléation et du processus de croissance, favorise la nucléation, la croissance du contrôle; Assurer un taux de nucléation important dix taux de croissance, c'est-à-dire pour garantir que le précurseur de poudre PZT est généré dans un grand degré de surfusion ou une sursaturation élevée. La seconde est la prévention de l'agglomération en poudre PZT. Cela comprend comment inhiber la formation d'agglomération pendant la préparation de la poudre et comment éliminer l'agglomération après l'agglomération. La méthode d'inhibition de l'agglomération pendant la préparation de la poudre comprend: (1) la sélection des conditions de réaction raisonnables (telles que la valeur du pH, la concentration et la température de réaction); (2) traitement spécial pendant la synthèse ou le séchage en poudre; y compris le processus de synthèse de la poudre, le surfactant est ajouté et filtré avec un solvant organique, et la tension de surface du surfactant est faible. Par conséquent, un précurseur de poudre avec un degré d'agglomération plus léger peut être obtenu; Un processus de séchage spécial est adopté dans le processus de séchage, principalement le séchage lyophilisé, le séchage supercritique et le séchage infrarouge lointain, etc. Le principe de base est d'éliminer le gaz-liquide avec une grande tension de surface. L'interface ou les particules sont fixes et ne peuvent pas être proches les unes des autres. Par exemple, la lyophilisation consiste à utiliser une basse température et une pression négative pour sublimer le milieu liquide brut congelé à une phase solide sous une pression négative, car les particules de phase solide sont congelées dans le milieu liquide brut. Et il n'y a pas d'interface gaz-liquide avec une grande tension de surface dans le capillaire entre les particules, évitant ainsi le problème de l'agglomération sévère causée par le pont liquide.
(3) Sélectionnez les meilleures conditions de calcination ou utilisez des processus spéciaux, tels que l'utilisation du chauffage micro-ondes sans transfert de chaleur, une efficacité énergétique élevée et d'autres caractéristiques pour remplacer le four électrique à haute température traditionnel, à 600. C .A POUDRE PZT DE TRAPOSEMENT a été obtenu. Les méthodes d'élimination de l'agglomération après la formation d'agglomérats sont le dépôt ou la sédimentation, le broyage et le traitement à ultrasons, l'ajout d'un dispersant, etc. Par exemple, Wang Xicheng \"utilise l'alcoxyde métallique et le nitrate comme matières premières, contrôle strictement la génération de coprécipitation, le lavage et les conditions de sélection de la dispersion, adopte une technologie de lyophilisation, puis subit un processus de calcination raisonnable pour former une composition uniforme sans agglomération dure. Corps, phase de pérovskite unique, activité de frittage élevée de la micropourdise PZT de la taille d'un micron (52/48)sont formés par une technologie de pressage isostatique à froid (CIP), le frittage de densification peut être atteint à 800 °C, et sa densité relative est obtenue.
L'influence de la stoechiométrie stoechiométrique sur la qualité des produits PZT comprend principalement des aspects z: Premièrement, la volatilisation du plomb pendant le processus de frittage de la céramique piézoélectrique PZT provoque une réduction des composants de la stoechiométrie précise et des performances des produits; D'un autre côté, le Zr / dans les composants. La fluctuation de Ti affecte la stabilité des performances du produit PZT. La volatilisation du plomb est généralement considérée comme due à la haute température de frittage de la céramique piézoélectrique PZT. L'oxyde de plomb a une pression de vapeur saturée relativement élevée dans un environnement à haute température, ce qui conduit à la volatilisation du plomb. Plus la pression saturée de vapeur saturée est élevée, plus le plomb est facilement volatilisé et ZR avec l'augmentation de / Ti, la température de frittage de la céramique piézoélectrique PZT augmente et la pression de vapeur saturée de l'oxyde de plomb augmente progressivement. La perte de plomb deviendra plus grave, donc une céramique piézoélectrique ZR / Ti PZT élevée est plus difficile à friser, et une pression partielle trop faible en oxygène pendant le frittage entraînera une volatilisation du plomb. Le matériau PZT préparé par la méthode de phase solide conventionnelle a une température de frittage de 1 200 en raison de la faible activité de la poudre synthétique. Il est facile de provoquer une grande quantité de volatilisation du plomb, les performances du produit ne sont pas élevées, donc la méthode de phase solide des produits PZT est difficile à répondre aux exigences de performance élevées du domaine d'application. À l'heure actuelle, les principales mesures prises par les chercheurs matériels au pays et à l'étranger pour la volatilisation des plombs sont les suivantes: Premièrement, un plomb excessif est ajouté à la synthèse de la poudre. Un excès de plomb est ajouté. Au stade initial du frittage, en raison de la formation de phase liquide, la zone de contact deLes réactifs peuvent être augmentés, le taux de diffusion de zirconium, de titane et de dopants peut être accéléré et l'uniformité du produit peut être améliorée; La phase liquide formée peut également accélérer le mouvement de diffusion de la dissolution et des précipitations, propice au réarrangement et à la fermeture des particules, accélèrent la densification du produit. Cependant, lorsque la quantité de plomb ajoutée est trop, l'excès de plomb se déposera sur le cristal d'une part, ce qui réduira les performances du produit. D'un autre côté, cela entraînera facilement une concentration locale de titane dans le composant PZT trop élevé, et la solubilité dans l'oxyde de plomb de phase liquide est un grand zroz sec. Solubilité, résultant ainsi en une teneur élevée en titane locale duProduit PZT après frittage, en particulier à la limite des grains. Affectant ainsi l'uniformité de la microstructure du produit et réduisant les performances du produit. L'ajout de plomb en excès affecte les propriétés mécaniques des composants en céramique piézoélectrique PZT: lorsque le produit est excessif en plomb, un mode de fracture est une fracture transgranulaire. Deuxièmement, dans le processus de frittage du produit, selon le mécanisme de volatilisation du plomb, un système de frittage raisonnable et des mesures spéciales sont adoptés. Il est largement utilisé pour ajouter une feuille d'atmosphère de frittage et une technique de bismuth à double couche à un frittage, et contrôler l'atmosphère de frittage comme une atmosphère oxydante. Cela réduira la volatilisation des plombs et empêchera le noircissement du produit. Dans une atmosphère réductrice, Ti est facilement réduit à T1 ̈pour assombrir le produit.
Le troisième est d'ajouter une quantité appropriée de dopants. Le dopage réduit la volatilisation du plomb et améliore en revanche les performances du produit PZT. La quatrième consiste à étudier plus en détail la synthèse de la poudre de PZT à haute activité, de sorte que la céramique piézoélectrique PZT peut être densifiée et frittée à une température inférieure à celle du plomb. De plus, le mécanisme de volatilisation du plomb reste à étudier. La température de volatilisation de l'oxyde de plomb dans la synthèse hydrothermale de la poudre PZT est de 924,71. C, et la température de réaction entre les particules ̈. La température de réaction entre la synthèse de la phase solide pParticules de poudre ZT à 26 °C était 47. c. La température d'oxydation de l'oxyde de plomb est de 29°C; la température eutectique la plus basse du PLe système ZT est 838. c. On peut voir que des mesures de processus raisonnables doivent être prises en fonction du mécanisme de volatilisation du plomb et de la méthode de préparation de la poudre PZT pour réduire la volatilisation du plomb et améliorer les performances des produits PZT.
5 dopage
Des études ont montré que les performances du produit PZT sont étroitement liées. À l'heure actuelle, pour l'étude des matériaux PZT, Zr / Ti est principalement concentré dans la plage de 53/47 et 95/5. Cependant, s'appuyer uniquement sur différents ZR / T- pour améliorer les performances des produits PZT ne peut pas répondre aux exigences des produits PZT dans différents domaines. Il est également nécessaire d'améliorer les produits en sélectionnant une quantité appropriée de dopants sur la base de ZR / TL. tout en réduisant l'effet des fluctuations dans ZR / Ti sur la stabilité des performances des articles PZT. L'additif peut être mutuellement soluble dans le réseau cristallin principal et peut être précipité dans la frontière du grain sous la forme de la deuxième phase. Lorsqu'il est mutuellement soluble, les performances ou la structure de la phase cristalline principale peuvent être modifiées en fonction de la quantité de quantité de ajout; quand il n'est pas mutuellement soluble. En tant que deuxième phase, la limite des grains est affectée, ce qui affecte la force de liaison ou la propriété des limites des grains entre les grains de cristal. Les principaux effets du dopage comprennent la formation de postes vacants, l'inhibition de la croissance des grains, la formation de la phase liquide bovine et l'expansion de la plage de température de frittage. Dans le même temps, selon le rôle du dopant dans la céramique piézoélectrique PZT, il peut être divisé en trois types: dopage des donneurs, dopage accepteur et dopage des composés ioniques variables. Dans l'étude de modification du dopage de la céramique piézoélectrique PZT, LA, MN2 et NB ont été étudiées en grande quantité. L'effet des NBZO dopés sur le matériau PZT65 / 35 préparé par méthode de phase solide a été étudié. Il a été constaté que l'ajout de niobium favorisait de manière significative la densification et le frittage et a inhibé la croissance du niobium avec l'augmentation de la teneur en niobium due au NB0. Le renforcement de l'action électrostatique octaédrique entraîne la tension de la souche de la cellule unitaire rhomboïde de PZT. La cellule unitaire a tendance à être étirée à la surface, ce qui rend le produit facile à polariser, et contribue également à l'amélioration de sa propriété anti-âge. La limite \"Solubilité \" dans le matériau PZT est de 7% molaire. Lorsque la quantité est inférieure à 7. L'aluminium et le réseau cristallin de pérovskite sont complètement mutuellement solubles. À ce stade, le produit est complètement en phase de pérovskite. Il présente des caractéristiques d'impureté des donateurs; Lorsqu'il est ajouté en quantité supérieure à 7 mols, l'excès de ruthénium réagira avec le plomb ou le titane, entraînant la production d'une deuxième phase, comme une phase de fluorite, ce qui réduit les propriétés diélectriques et piézoélectriques de l'article. L'effet sur la microstructure et les propriétés piézoélectriques des matériaux PZT et l'état de valence du manganèse dans les matériaux PZT ont été déterminés par ESR. Les résultats montrent que la solubilité du manganèse dans les matériaux PZ-butyle est principalement sous la forme de Mn et Mn5 +. 1.5nlol \", lorsque le contenu du manganèse
4. vieillissement
Le vieillissement fait référence à la caractéristique que les paramètres de performance électrique des articles PZT changent avec le temps. Nous savons que la céramique piézoélectrique PZT appartient à ABO. La structure de pérovskite comprend trois phases cristallines de cubique, tétragonale et rhomboédrique. Selon ZR / T1, différentes phases cristallines peuvent être produites et le cation activé est l'ion de type A. En dessous de la température de Curie, les ions de type A ou de type B entrent dans une certaine position, produisant des domaines de polarisation et de formation spontanés, mais l'angle entre les domaines adjacents ne peut être que de 90 ou 180. Cela est dû à la polarisation spontanée du ferroélectrique La structure du domaine permet à l'orientation d'être équivalente à l'axe de l'axe de polarisation ferroélectrique dans la structure prototype du corps ferroélectrique. Dans le même temps, la structure du domaine ferroélectrique est également limitée par la déformation spontanée du cristal. La phase doit garantir que la souche spontanée générée par les domaines adjacents dans les parois du domaine peut être compatible, de sorte que l'angle des domaines adjacents de F ne peut être que 90 ou 180. En même temps, les produits céramiques piézo Courant direct fort. Dans l'action du champ, la polarisation spontanée de chaque domaine est obligée d'être alignée, générant ainsi la polarisation résiduelle, c'est-à-dire présentant un effet piézoélectrique. Le pzt polarisédisque en céramique piézoélectriqueest obligé de chasser le trouble intra-cellulaire en raison du champ électrique de polarisation. La disposition de 90 Slack et 180. Direction du domaine, disposition ordonnée et axe de polarisation spontanée dans la cellule unitaire est un peu plus longue que l'axe de polarisation non spontanée, et la souche génère bien une grande contrainte interne lorsqu'elle est tournée. Après avoir retiré le champ électrique externe, cette contrainte interne provoque le déséquilibre interne de la cellule unitaire. et stocker plus d'énergie interne, ce qui mène au 90 qui a été tourné. Le nouveau domaine est restauré à la disposition désordonnée avant la polarisation pour libérer progressivement le stress interne. Par conséquent, la polarisation résiduelle est liée à celles-ci. Les paramètres de désordre et de diminution progressivement, diélectriques et piézoélectriques changeront en conséquence. On peut voir que le trouble des nouveaux domaines est la racine du mécanisme de vieillissement. Les lois sur le vieillissement incluent généralement linéaire, non linéaire et progressive. Il y a trois types de quasi-linéaires. Les facteurs affectant le vieillissement des produits PZT comprennent des facteurs externes et internes. Les facteurs externes sont liés à l'environnement d'utilisation. Les facteurs internes tels que la température et l'humidité sont étroitement liés à la structure du domaine et au mouvement du domaine, ce qui est dû à un champ électrique élevé. Le processus d'inversion de polarisation est achevé par le mouvement des murs du domaine et la génération et le mouvement de nouveaux murs de domaine. La structure du domaine est étroitement liée à la microstructure après frittage tel que la taille des grains, la limite des grains, etc. Lorsque la taille des grains est petite. Lorsque la taille de la paroi du domaine est similaire, le développement de la structure de domaine ferroélectrique et le mouvement du mouvement du domaine Le mur de domaine sera entravé. Plus précisément, à mesure que la taille des grains augmente, la fraction de volume de la limite des grains diminue et le couplage entre la limite du grain et la paroi du domaine diminue. Domaine L'orientation est plus difficile et le mouvement de la paroi du domaine est gravement supprimé, donc la polarisation résiduelle et la constante diélectrique augmentent avec l'augmentation de la taille des grains, et la résistance coercitive du champ diminue. L'épaisseur et les propriétés de la limite des grains ont également un effet sur la structure du domaine. La limite des grains est favorable au développement du domaine à travers la limite des grains et améliore la piézoélectricité du produit.
