Výzkum a pokroky v technikách nízkoteplotního slinování PZT piezoelektrické keramiky v kapalné fázi

Zirkonát titanátová keramika olova (PZT) byla široce používána v polarizovaný piezoelektrický keramický měnič díky svým vynikajícím vlastnostem. Piezoelektrická keramika však obsahuje PZT a má relativně vysokou slinovací teplotu kolem 1200 °C. Oxidační teplota oxidu olovnatého (PbO) je asi 800 °C. Proto je snadné způsobit těkání PbO během procesu slinování, což nejen způsobuje znečištění životního prostředí, ale také způsobuje odchylku skutečného složení keramického materiálu od navržené receptury, což má za následek zhoršení elektrických vlastností. Navíc s rozvojem technologie povrchové montáže (SMT) jsou vícevrstvá čipová zařízení na trhu upřednostňována pro jejich vysokou účinnost, miniaturizaci a funkční integraci. Vysoká slinovací teplota piezoelektrické keramiky však ztěžuje dosažení společného vypalování keramického materiálu a elektrodového materiálu. Pokud lze zlepšení procesu dosáhnout snížením teploty slinování, má to nejen důležitou technickou a ekonomickou hodnotu v potlačení těkání PbO, což zajišťuje vlastnosti materiálu, snižuje znečištění životního prostředí, prodlužuje životnost zařízení atd., ale také nahrazuje Pt a Pd Ag, Ni atd. Ušlechtilý kov se používá jako vnitřní elektroda k vypalování vícevrstvé čipové piezoelektrické složky najednou, čímž se výrazně snižují náklady na zařízení a výrazně se snižují náklady na zařízení Kromě toho může hloubkový výzkum nízkoteplotního slinování podpořit rozvoj teorie slinování. V současnosti jsou procesní metody pro snižování teploty slinování keramiky včetně procesu slinování, procesu mletí a způsobu slinování v kapalné fázi. Mezi nimi je proces slinování v kapalné fázi nejjednodušší, má nejnižší cenu a je vhodný pro průmyslové aplikace. Studium nízkoteplotního slinování piezoelektrické keramiky PZT slinováním v kapalné fázi je jedním z horkých míst v piezoelektrickém průmyslu doma i v zahraničí.

1 Mechanismus slinování v kapalné fázi

Spékáním nízkotavitelného slinovacího prostředku, jako je Bi2O3, B2O3, SiO2, V2O5 atd. v piezoelektrickém základním materiálu PZT, je přidání látky schopné vytvořit pevný roztok s PZT, slinování PZT piezoměnič piezoelektrická keramika patří do kapalné fáze. Kapalná fáze, která se vyskytuje během procesu slinování, smáčí částice surového tělesa a vyplní póry mezi částicemi, což vytváří povrchové napětí mezi částicemi. Velikost povrchového napětí souvisí s povahou, množstvím a velikostí částic kapalné fáze. Působením povrchového napětí částice proudí a mění původní uspořádání a přeskupují je, aby se dosáhlo těsnějšího shlukování mezi zelenými částicemi. Současně, díky přítomnosti kapalné fáze, bude proces přenosu hmoty probíhat na rozhraní mezi kapalnou fází a pevnou fází, malé částice se postupně rozpouštějí až mizí a velké částice nepřetržitě rostou a nakonec se stanou jednotným a hustým porcelánem. Přítomnost kapalné fáze aktivuje atomy na povrchu částic prášku. Skleněná fáze s nízkou teplotou tání tvořená různými pomocnými látkami pro slinování s nízkou teplotou tání je distribuována podél kontaktního rozhraní každé částice a atomy jsou transportovány difúzí kapalné fáze a difúzní koeficient je velký, takže proces slinování je značně urychlen a teplota slinování může být vyšší, než když se kapalná fáze nevyskytuje. Aby se to snížilo, musí být splněny následující tři požadavky jako přísady pro slinování v kapalné fázi: (1) kapalná fáze by se měla objevit při teplotě slinování; (2) dobrá smáčitelnost na pevné látky; (3) pevná fáze v kapalné fázi. Je v něm značná rozpustnost.

2 způsoby, jak dosáhnout slinování v kapalné fázi

Největší výhodou piezoelektrické keramiky PZT je, že ji lze upravit na širokou škálu elektrofyzikálních vlastností změnou složení nebo změnou vnějších podmínek tak, aby vyhovovaly různým potřebám. Použití dalších látek k dosažení nízkoteplotního slinování PZT keramiky nejen snižuje slinovací teplotu, ale také optimalizuje její elektrické vlastnosti. Kromě toho může být nízkoteplotní slinování v kapalné fázi realizováno konvenční metodou v pevné fázi a proces je jednoduchý a průmyslový. Slinování v kapalné fázi se provádí hlavně třemi způsoby: (1) pevná látka se se slinutým tělesem formuje do pevného roztoku; (2) přísada tvoří se slinutým tělesem kapalnou fázi (3) přísada tvoří se slinutým tělesem přechodnou kapalnou fázi.

3.1 Přidání do slinutého tělesa za vzniku tuhého roztoku

Když se příměs blíží velikosti částic, piezokrystalické formě a ceně elektřiny slinovací fáze, může být vzájemně rozpustná za vzniku pevného roztoku, což způsobuje zkreslení hlavní krystalové fáze a zvětšené defekty, takže některé strukturní prvky jsou v nerovnovážném stavu, který má velkou energii a je vhodný. Přesuňte se, abyste podpořili slinování.

2.2 Přidáním látky do slinutého tělesa se vytvoří kapalná fáze

Slinování v kapalné fázi je způsobeno přidáním přísad, aby měl systém nízký eutektický bod. Teplota je výrazně nižší než tradiční teplota slinování piezo kulatý kotoučový měnič . Kapalná fáze se tvoří v počáteční fázi slinování. Hranice zrn může být vylepšena přeskupením zrn a zesílením kontaktu při slinování v kapalné fázi. Pohyblivost je taková, že póry jsou dostatečně vyprázdněny, čímž se podporuje zhuštění slinování a dosažení účelu snížení slinovací teploty. Přidání nízkotavitelného skla nebo oxidu však zavádí druhou fázi a přítomnost příliš velkého množství druhé fáze nevyhnutelně vede k významnému snížení dielektrické konstanty keramiky a je třeba zaznamenat zvýšení dielektrické ztráty tan 5.

2. 3 Přídavek a slinuté těleso tvoří přechodnou kapalnou fázi.

Pokud piezokeramika může tvořit kapalnou fázi v počáteční fázi slinování a složení kapalné fáze může vypařovat nebo znovu vstupovat do mřížky hlavní krystalové fáze při vysoké teplotě, může fungovat jako dopingová modifikace. Taková aditiva s nízkým bodem tání mohou nejen výrazně snížit teplotu slinování, ale také zabránit tvorbě sekundárních fází přidáním tavidla, a tím zachovat dobré piezoelektrické vlastnosti původního základního materiálu, což má velký význam pro úsporu energie a snížení znečištění životního prostředí.