Samestelling van piëzo-elektriese keramiekmateriaal

Verskillende toepassingsreekse het verskillende prestasievereistes vir piëzo-elektriese keramiek materiaal . 1 Perovskiet piëzo-elektriese keramiek materiaal, die chemiese formule is ABO3, A is 'n positiewe ioon met 'n groot radius, wat +1, +2, +3 kan wees; B is 'n positiewe ioon met 'n klein radius, wat +3, +4, +5, +6 kan wees. Die ioniese radius van die drie ione A, B en O kan die volgende verwantskap bevredig om die ABO3-struktuur te vorm: RA+RO=t√2 (RB+RO, t is 'n toleransiefaktor, kan oor die algemeen kalsium vorm tussen 0.86 en 1.03. Titaanertsstruktuur Tipiese formulering: (1) 0.99 [PbTiO401 + .TiO30 + .TiO30 + . MnO2, kalsinasie temperatuur is 850 ° C, hitte bewaring vir 2 uur, vuur temperatuur is 1240 ° C, hitte bewaring vir 1 uur ε = 240, Kp=0.096, Qm=1050, Nt=2120 (2) Hoë frekwensie (30M-10) filter. PbTiO3+1wt%MnO2+1wt%Pb3O4ε=150, Kp=0.40, Qm=800~1000, temperatuur en tyd Goeie stabiliteit 3PbTiO3+3.0wt%CeO2++0.3MnO2+2.53wt%Nb.03wt%Nb.

(1) Met die verandering van Zr:Ti verander die Curie-punt byna lineêr van 235 °C na 490 °C, en die Tc-lyn is 'n kubieke para-elektriese fase met geen piëso-elektriese effek nie.

(2) Zr: Daar is 'n kwasi-homogene fasegrens naby Ti=53:47, die titaanryke kant is die tetragonale ferroelektriese fase FT; die sirkoniumryke kant is die hoë-temperatuur trigonale ferro-elektriese fase FR, die temperatuur van piëzo-elektriese keramiek-omskakelaars styg, en hierdie fasegrens is sirkoniumryk. Die kant is skuins en sny die Tc-lyn by 360 ° C (wat aandui dat die Curie-temperatuur Tc hoog is naby die fasegrens), en die eenheidselparameters word skielik naby die fasegrens verander. Daar is 'n sterk piëso-elektriese effek naby die fasegrens tussen die tetragonale ferro-elektriese fase FT en die trigonale ferro-elektriese fase FR. Kp, ε het 'n maksimum waarde en Qm het 'n baie klein waarde. Die piëso-elektriese eienskappe van PZT-porselein naby die fasegrens is baie hoër as dié van BaTiO3-porselein. Aangesien die Tc van die PZT-porselein by die grens hoog is (360 ° C), is KP en ε albei stabiel binne 200 ° C, wat 'n ideale piëso-elektriese materiaal is. Doping Modifikasie van PZT Porselein van elektroniese piëzo keramiek transducer . Om aan verskillende doeleindes te voldoen, benodig ons PZT piëzo-elektriese keramiek met verskillende eienskappe. Om hierdie rede kan ons verskillende ione byvoeg om die Pb2+-ioon by die A-plek of die Zr4+, Ti4+-ioon by die B-plek te vervang. Daardeur word die werkverrigting van die materiaal verbeter.

Ander substitusie gemodifiseerde harde substitusie gemodifiseerde sagte substitusie gemodifiseerde heterovalente substitusie ekwivalent substitusie gedoteerde gemodifiseerde PZT (1) ekwivalente substitusie ekwivalent substitusie beteken dat die radius van Ca2+, Sr2+, Mg2+ kleiner is as dié van Pb2+ ioon Die ioonsubstitusie van Pb2+ ione lei tot 'n toename in die diëlektriese konstante ε van die PZT piëzo-keramiekskyf , 'n toename in die elektromeganiese koppelingskoëffisiënt KP, en 'n toename in die piëzo-elektriese konstante d, waardeur die piëzo-elektriese eienskappe van die PZT-keramiek verbeter word. Die term 'sagte vervangingsmodifikasie' beteken dat die byvoeging van hierdie bymiddels die dwingende veldsterkte EC met ↓ kan verminder, en die polarisasie is maklik, sodat die materiaal eienskappe 'sag' word onder die werking van elektriese veld of spanning.

(a) La3+, Bi3+, Sb3+, ens. vervang die A-plek Pb+2-ioon (skenkerdotering); Nb5+, Ta5+, Sb5+, W6+, ens. Vervanging van B-posisie Zr4+, Ti4+ ione (skenker doping). Die eienskappe van PZT-porselein wat deur sagte vervanging gemodifiseer is, het die volgende veranderinge: die dwingende veldsterkte EC neem af ↓, die meganiese kwaliteitsfaktor Qm neem af ↓; die diëlektriese konstante ε neem toe ↑, die diëlektriese verlies tan δ neem toe ↑, die elektromeganiese koppelingskoëffisiënt KP Wanneer ↑ verhoog word, word die verouderingsweerstand verhoog en die isolasieweerstand ρ word verhoog ↑. Die rede hiervoor is dat hul byvoeging lei tot die vorming van 'n Pb2+-tekort. Byvoorbeeld, as elke twee La3+s 3 Pb2+ vervang, om die balans van die elektrisiteitsprys te handhaaf, word die aantal katione by die A-posisie in die perovskietstruktuur verminder, en 'n A-vakature word gegenereer. As gevolg van die afwesigheid van Pb2+, word die domeinbeweging maklik gemaak, en selfs klein elektriese veldsterkte of meganiese spanning kan die domeinwande laat beweeg. 

As gevolg hiervan, 'n toename in die diëlektriese konstante en die elastiese voldoeningskoëffisiënt van Pzt piëzokeramiese keramiek-omskakelaars vind plaas, en terselfdertyd neem diëlektriese verlies en meganiese verlies toe, en Qm neem af. Verder, aangesien die stuur van die domeine maklik is, word die aantal domeine wat in die rigting van die elektriese veld georiënteer is, verhoog, waardeur die polarisasie verhoog word, sodat die piëso-elektriese effek aansienlik verhoog word, wat verteenwoordig word deur 'n toename in die Kp-waarde. Aangesien die stuurweerstand van die domein klein word, is die dwangveld vir die omkeer van die polarisasie om die weerstand te oorkom klein, en die terugvoerlyn is amper reghoekig. Verder, as gevolg van die afwesigheid van Pb2+, word die interne spanning wat veroorsaak word deur die 90-domein-stuur gebuffer, sodat die oorblywende spanning klein word. Met ander woorde, aangesien die domeinmure maklik geskuif word, word die interne spanning van die domeine maklik vrygestel, sodat die verouderingsprestasie goed is. 'Sagte' bymiddels word algemeen gebruik om modifiserende bymiddels.

(b) Byvoorbeeld, die aanvaardende tipe onderwater akoestiese transducer materiaal word dikwels gedoteer met La2O3 en Nb2O5 om die Kp waarde en die diëlektriese konstante te verhoog. Pb0.95Sr0.05(Zr0.52Ti0.48)O3+0.9%La2O3+0.9%Nb2O5, Kp=0.60, ε=2100, Qm=80, goeie stabiliteit, volumeweerstand 1012 ohm 'sag' bymiddel Die hoeveelheid oorskry gewoonlik nie 5%. b Harde vervangingsmodifikasie, die sogenaamde 'harde vervangingsmodifikasie' beteken dat die byvoeging van hierdie bymiddels die dwingende veldsterkte EC kan verhoog, en die polarisasie word moeilik, sodat die materiaal eienskappe 'hard' word onder die werking van elektriese veld of spanning.

(a) K+, Na+, ens. vervanging van A-plek Pb2+ ione (akseptor doping);

(b) Zr4+ en Ti4+ ione (akseptor gedoteerd) vervang vir B by Fe2+, Co2+, Mn2+ (of Fe3+, Co3+, Mn3+), Ni2+, Mg2+, Al3+, Cr3+, en dies meer.

Die eienskappe van PZT-porselein wat deur harde vervanging gemodifiseer is, het die volgende veranderinge: Dwingende veldsterkte EC neem toe ↑, meganiese kwaliteitsfaktor Qm neem toe ↑; diëlektriese konstante ε neem af, diëlektriese verlies tan δ neem af ↓, elektromeganiese koppelingskoëffisiënt KP verminder Klein ↓, die verouderingsweerstand word verminder, en die isolasieweerstand ρ word verminder.

Ternêre perovskiet piëzo-elektriese keramiek

Deur die Zr/Ti-verhouding te verander en 'n klein hoeveelheid bymiddels in te sluit, alhoewel sommige eienskappe verbeter kan word, as gevolg van die wyer en wyer reeks piëzo-elektriese materiale, word die vereistes vir materiale al hoe hoër, en slegs binêre stelsels kan nie aan die vereistes vir gebruik voldoen nie. Daar is dus 'n drieledige stelsel. Die sogenaamde ternêre perovskiet piëso-elektriese keramiekmateriaal verwys na 'n soliede oplossing wat gevorm word van 'n saamgestelde perovskietverbinding en loodsirkonaattitanaat.