Navorsing en vooruitgang in tegnieke van lae-temperatuur vloeistoffase sintering PZT piëso-elektriese keramiek

Loodsirkonaattitanaatkeramiek (PZT) is wyd gebruik in gepolariseerde piëzo-elektriese keramiek-omskakelaar as gevolg van hul uitstekende eienskappe. Die piëzo-elektriese keramiek bevat egter PZT en het 'n relatief hoë sintertemperatuur van ongeveer 1200 °C. Die oksidasietemperatuur van loodoksied (PbO) is ongeveer 800 °C. Daarom is dit maklik om die vervlugtiging van PbO tydens die sinterproses te veroorsaak, wat nie net omgewingsbesoedeling veroorsaak nie, maar ook veroorsaak dat die werklike samestelling van die keramiekmateriaal van die ontwerpte formulering afwyk, wat lei tot agteruitgang van elektriese eienskappe. Daarbenewens, met die ontwikkeling van oppervlakmonteringstegnologie (SBS), word meerlaagskyfietoestelle deur die mark bevoordeel vir hul hoë doeltreffendheid, miniaturisering en funksionele integrasie. Die hoë sintertemperatuur van die piëzo-elektriese keramiek maak dit egter moeilik om 'n saamvuur van die keramiekmateriaal en die elektrodemateriaal te bewerkstellig. As prosesverbetering gemaak kan word deur die sintertemperatuur te verlaag, het dit nie net belangrike tegniese en ekonomiese waarde in die onderdrukking van PbO-vervlugtiging nie, wat materiaal-eienskappe verseker, omgewingsbesoedeling verminder, toerusting se lewe verleng, ens., maar ook vervanging van Pt en Pd met Ag, Ni, ens. die koste van die toestel te verminder en energie te bespaar. Daarbenewens kan diepgaande navorsing oor lae-temperatuur sintering die ontwikkeling van sinteringsteorie bevorder. Tans is die prosesmetodes vir die vermindering van die sintertemperatuur van keramiek, insluitend die sinterproses, die maalproses en die metode van vloeibare fase sintering. Onder hulle is die sinterproses in vloeibare fase die eenvoudigste, die laagste koste en is dit gerieflik vir industriële toepassing. Dit is een van die brandpunte in die piëso-elektriese industrie by die huis en in die buiteland om die lae-temperatuur sintering van PZT piëzo-elektriese keramiek deur vloeibare fase sintering te bestudeer.

1 Meganisme van vloeibare fase sintering

Deur 'n laagsmeltende sinterhulpmiddel soos Bi2O3, B2O3, SiO2, V2O5, ens. in 'n PZT piëzo-elektriese basismateriaal te sinter, is die byvoeging van 'n stof in staat om 'n vaste oplossing met PZT te vorm, die sintering van PZT piëzo-omskakelaar piëzo-elektriese keramiek behoort aan 'n vloeibare fase. Die vloeistoffase wat tydens die sinterproses plaasvind, sal die groen liggaamsdeeltjies benat en die porieë tussen die deeltjies vul, wat 'n oppervlakspanning tussen die deeltjies skep. Die grootte van die oppervlakspanning hou verband met die aard, hoeveelheid en deeltjiegrootte van die vloeistoffase. Onder die werking van oppervlakspanning vloei die deeltjies en verander die oorspronklike rangskikking en herrangskik hulle om 'n nouer pakking tussen die groen deeltjies te verkry. Terselfdertyd, as gevolg van die teenwoordigheid van die vloeistoffase, sal die massa-oordragproses op die raakvlak tussen die vloeistoffase en die vaste fase voortgaan, die klein deeltjies los geleidelik op om te verdwyn, en die groot deeltjies groei voortdurend en word uiteindelik eenvormig en dig porselein. Die teenwoordigheid van 'n vloeistoffase aktiveer die atome op die oppervlak van die poeierdeeltjies. Die laagsmeltende glasfase wat deur verskillende laagsmeltende sinterhulpmiddels gevorm word, word langs die kontakvlak van elke deeltjie versprei, en die atome word deur vloeistoffasediffusie vervoer, en die diffusiekoëffisiënt is groot, sodat die sinterproses baie versnel word, en die sintertemperatuur groter gemaak kan word as wanneer die vloeistoffase nie plaasvind nie. Om dit te verminder moet die volgende drie vereistes nagekom word as bymiddels vir vloeibare fase sintering: (1) vloeistof fase moet verskyn by die sinter temperatuur; (2) goeie benatbaarheid vir vaste stowwe; (3) vaste fase in vloeistoffase. Daar is aansienlike oplosbaarheid daarin.

2 Maniere om vloeibare fase sintering te bereik

Die grootste voordeel van PZT piëzo-elektriese keramiek is dat dit aangepas kan word vir 'n wye reeks elektrofisiese eienskappe deur die samestelling te verander of die eksterne toestande te verander om by verskillende behoeftes te pas. Die gebruik van ander stowwe om lae-temperatuur sintering van PZT keramiek te bereik, verminder nie net die sintertemperatuur nie, maar optimaliseer ook die elektriese eienskappe daarvan. Daarbenewens kan die vloeibare fase lae-temperatuur sintering gerealiseer word deur die konvensionele vaste fase metode, en die proses is eenvoudig en geïndustrialiseer. Die vloeibare fase sintering word hoofsaaklik op drie maniere uitgevoer: (1) die vaste stof word gevorm tot 'n vaste oplossing met die gesinterde liggaam; (2) die toevoeging vorm 'n vloeistoffase met die gesinterde liggaam (3) die byvoeging vorm 'n oorgangsvloeistoffase met die gesinterde liggaam.

3.1 Byvoeging tot die gesinterde liggaam om 'n vaste oplossing te vorm

Wanneer die mengsel naby die partikelgrootte, piëzo-kristalvorm en elektrisiteitsprys van die sinterfase is, kan dit onderling oplosbaar wees om 'n vaste oplossing te vorm, wat veroorsaak dat die hoofkristalfase roosterverwring word, en die defekte word vergroot, sodat sommige strukturele elemente in 'n nie-ewewigstoestand is en 'n gerieflike energietoestand het. Beweeg om sintering te bevorder.

2.2 Die byvoeging van die stof tot die gesinterde liggaam vorm 'n vloeistoffase

Vloeistoffase sintering is te danke aan die byvoeging van bymiddels om die stelsel 'n lae eutektiese punt te maak. Die temperatuur is aansienlik laer as die tradisionele sintertemperatuur van die piezo ronde skyf transducer . Die vloeistoffase word in die aanvanklike stadium van sintering gevorm. Die graangrens kan verbeter word as gevolg van korrelherrangskikking en versterkende kontak in vloeibare fase sintering. Die mobiliteit is sodanig dat die porieë voldoende ontslaan word, wat die verdigting van die sintering bevorder en die doel bereik om die sintertemperatuur te verlaag. Die byvoeging van 'n laagsmeltende glas of oksied lei egter 'n tweede fase in, en die teenwoordigheid van te veel tweede fase lei onvermydelik tot 'n beduidende afname in die diëlektriese konstante van die keramiek, en 'n toename in die diëlektriese verlies tan δ moet opgemerk word.

2. 3 Die byvoeging en die gesinterde liggaam vorm 'n oorgangsvloeistoffase.

As die piëzo-keramiek 'n vloeibare fase kan vorm tydens die aanvanklike stadium van sintering, en die samestelling van die vloeibare fase kan vervlugtig of by 'n hoë temperatuur die hoofkristalfaserooster weer binnegaan, kan dit as 'n dopingmodifikasie funksioneer. Sulke lae smeltpunt bymiddels kan nie net die sintertemperatuur aansienlik verminder nie, maar ook die vorming van sekondêre fases deur die byvoeging van vloed vermy, en sodoende die goeie piëzo-elektriese eienskappe van die oorspronklike basismateriaal handhaaf, wat van groot belang is vir energiebesparing en vermindering van omgewingsbesoedeling.