Даследаванні і дасягненні ў галіне нізкатэмпературнага вадкаснага спякання п'езаэлектрычнай керамікі PZT

Кераміка з цырканата тытанату свінцу (ЦЦТ) шырока выкарыстоўвалася ў Палярызаваны п'езаэлектрычны керамічны пераўтваральнік дзякуючы сваім выдатным уласцівасцям. Аднак п'езаэлектрычная кераміка, якая змяшчае PZT, мае адносна высокую тэмпературу спякання каля 1200 °C. Тэмпература акіслення аксіду свінцу (PbO) складае каля 800 °C. Такім чынам, падчас працэсу спякання PbO лёгка выклікаць выпарванне, якое не толькі выклікае забруджванне навакольнага асяроддзя, але і выклікае адхіленне фактычнага складу керамічнага матэрыялу ад распрацаванага складу, што прыводзіць да пагаршэння электрычных уласцівасцей. Акрамя таго, з развіццём тэхналогіі павярхоўнага мантажу (SMT) шматслойныя чыпавыя прылады аддаюць перавагу рынку за іх высокую эфектыўнасць, мініяцюрнасць і функцыянальную інтэграцыю. Аднак высокая тэмпература спякання п'езаэлектрычнай керамікі абцяжарвае дасягненне сумеснага абпалу керамічнага матэрыялу і матэрыялу электрода. Калі працэс можна палепшыць за кошт зніжэння тэмпературы спякання, гэта мае не толькі важную тэхнічную і эканамічную каштоўнасць у падаўленні выпарэння PbO, што забяспечвае ўласцівасці матэрыялу, зніжэнне забруджвання навакольнага асяроддзя, падаўжэнне тэрміну службы абсталявання і г.д., але таксама замену Pt і Pd на Ag, Ni і г.д. Высакародны метал выкарыстоўваецца ў якасці ўнутранага электрода для аднаразовага ўзгарання шматслойнага п'езаэлектрычнага кампанента чыпа, што значна зніжае кошт прылады і эканомія энергіі. Акрамя таго, паглыбленыя даследаванні нізкатэмпературнага спякання могуць спрыяць развіццю тэорыі спякання. У цяперашні час метады працэсу для зніжэння тэмпературы спякання керамікі, уключаючы працэс спякання, працэс фрэзеравання і метад спякання ў вадкай фазе. Сярод іх працэс спякання ў вадкай фазе з'яўляецца самым простым, самым нізкім коштам і зручным для прамысловага прымянення. Гэта адна з гарачых кропак у п'езаэлектрычнай прамысловасці ў краіне і за мяжой, дзе вывучаецца нізкатэмпературнае спяканне п'езаэлектрычнай керамікі PZT шляхам спякання ў вадкай фазе.

1 Механізм вадкаснага спякання

Пры спяканні лёгкаплаўкіх дапаможных сродкаў для спякання, такіх як Bi2O3, B2O3, SiO2, V2O5 і г.д., у п'езаэлектрычным базавым матэрыяле PZT, даданне рэчывы здольна ўтвараць цвёрды раствор з PZT, спяканне PZT Пьезопреобразователь п'езаэлектрычны кераміка належыць да вадкай фазе. Вадкая фаза, якая ўзнікае ў працэсе спякання, змочвае зялёныя часціцы цела і запаўняе поры паміж часціцамі, што стварае павярхоўнае нацяжэнне паміж часціцамі. Велічыня павярхоўнага нацяжэння звязана з прыродай, колькасцю і памерам часціц вадкай фазы. Пад дзеяннем павярхоўнага нацяжэння часціцы цякуць і змяняюць першапачатковае размяшчэнне і перастаўляюць іх, каб атрымаць больш шчыльную ўпакоўку паміж зялёнымі часціцамі. У той жа час з-за наяўнасці вадкай фазы працэс масаабмену будзе адбывацца на мяжы паміж вадкай фазай і цвёрдай фазай, дробныя часціцы паступова раствараюцца і знікаюць, а буйныя часціцы бесперапынна растуць і ў канчатковым выніку становяцца аднастайнымі і шчыльнымі. Наяўнасць вадкай фазы актывуе атамы на паверхні часціц парашка. Шкляная фаза з нізкай тэмпературай плаўлення, утвораная рознымі дапаможнымі сродкамі для спякання з нізкай тэмпературай плаўлення, размяркоўваецца ўздоўж кантактнай паверхні кожнай часціцы, і атамы пераносяцца шляхам дыфузіі ў вадкай фазе, і каэфіцыент дыфузіі вялікі, так што працэс спякання значна паскараецца, і тэмпература спякання можа быць вышэй, чым калі вадкая фаза адсутнічае. Каб паменшыць гэта, неабходна выконваць наступныя тры патрабаванні ў якасці дадаткаў для вадкаснага спякання: (1) вадкая фаза павінна з'яўляцца пры тэмпературы спякання; (2) добрая змочвальнасць цвёрдых рэчываў; (3) цвёрдая фаза ў вадкай фазе. Існуе значная растваральнасць ў ім.

2 Спосабы дасягнення вадкаснага спякання

Самая вялікая перавага п'езаэлектрычнай керамікі PZT заключаецца ў тым, што яе можна наладзіць на шырокі спектр электрафізічных уласцівасцей, змяняючы склад або змяняючы знешнія ўмовы ў адпаведнасці з рознымі патрэбамі. Выкарыстанне іншых рэчываў для дасягнення нізкатэмпературнага спякання керамікі PZT не толькі зніжае тэмпературу спякання, але і аптымізуе яе электрычныя ўласцівасці. Акрамя таго, нізкатэмпературнае спяканне ў вадкай фазе можа быць рэалізавана звычайным метадам цвёрдай фазы, і гэты працэс просты і індустрыялізаваны. Спяканне ў вадкай фазе ў асноўным ажыццяўляецца трыма спосабамі: (1) цвёрдае рэчыва ператвараецца ў цвёрды раствор са спечаным целам; (2) дабаўка ўтварае вадкую фазу са спечаным целам (3) дабаўка ўтварае пераходную вадкую фазу са спечаным целам.

3.1 Дабаўленне да спечанага цела для адукацыі цвёрдага раствора

Калі дабаўка блізкая да памеру часціц, формы п'езакрышталя і кошту электраэнергіі фазы спякання, яна можа ўзаемна растварацца з утварэннем цвёрдага раствора, што выклікае дэфармацыю рашоткі асноўнай крышталічнай фазы і павелічэнне колькасці дэфектаў, так што некаторыя структурныя элементы знаходзяцца ў нераўнаважным стане, што мае вялікую энергію і зручна. Перасоўванне для прасоўвання спякання.

2.2 Даданне рэчывы да спечанага цела ўтварае вадкую фазу

Спяканне ў вадкай фазе адбываецца за кошт дадання дабавак, каб зрабіць сістэму з нізкай эўтэктычнай кропкай. Тэмпература значна ніжэй, чым традыцыйная тэмпература спякання п'езакруглы дыскавы пераўтваральнік . Вадкая фаза ўтвараецца на пачатковай стадыі спякання. Мяжа збожжа можа быць пашырана за кошт перагрупоўкі збожжа і ўмацавання кантакту пры спяканні ў вадкай фазе. Рухомасць такая, што пары дастаткова разраджаныя, што спрыяе ўшчыльненню спякання і дасягненню мэты паніжэння тэмпературы спякання. Аднак даданне лёгкаплаўкага шкла або аксіду ўводзіць другую фазу, і наяўнасць занадта вялікай колькасці другой фазы непазбежна прыводзіць да значнага зніжэння дыэлектрычнай пранікальнасці керамікі, і неабходна адзначыць павелічэнне дыэлектрычных страт tan δ.

2. 3 дадаткам і спечаным целам утвараецца пераходная вадкая фаза.

Калі п'езакераміка можа ўтвараць вадкую фазу на пачатковай стадыі спякання, а склад вадкай фазы можа выпарыцца або зноў увайсці ў асноўную крышталічную фазавую рашотку пры высокай тэмпературы, яна можа функцыянаваць як мадыфікацыя допінгу. Такія дабаўкі з нізкай тэмпературай плаўлення могуць не толькі значна знізіць тэмпературу спякання, але і пазбегнуць утварэння другасных фаз пры даданні флюсу, такім чынам падтрымліваючы добрыя п'езаэлектрычныя ўласцівасці зыходнага матэрыялу-асновы, што мае вялікае значэнне для эканоміі энергіі і зніжэння забруджвання навакольнага асяроддзя.