Forskning og fremskridt inden for teknikker til lavtemperatur væskefasesintring PZT piezoelektrisk keramik

Bly zirconate titanat keramik (PZT) er blevet meget brugt i polariseret piezoelektrisk keramisk transducer på grund af deres fremragende egenskaber. Imidlertid indeholder den piezoelektriske keramik PZT og har en relativt høj sintringstemperatur på omkring 1200 °C. Oxidationstemperaturen for blyoxid (PbO) er omkring 800 °C. Derfor er det let at forårsage fordampning af PbO under sintringsprocessen, hvilket ikke kun forårsager miljøforurening, men også får den faktiske sammensætning af det keramiske materiale til at afvige fra den designede formulering, hvilket resulterer i forringelse af de elektriske egenskaber. Derudover, med udviklingen af ​​overflademonteringsteknologi (SMT), er multi-lags chip-enheder begunstiget af markedet for deres høje effektivitet, miniaturisering og funktionelle integration. Den høje sintringstemperatur af det piezoelektriske keramik gør det imidlertid vanskeligt at opnå en samtidig brænding af det keramiske materiale og elektrodematerialet. Hvis der kan opnås procesforbedringer ved at sænke sintringstemperaturen, har det ikke kun en vigtig teknisk og økonomisk værdi til at undertrykke PbO-fordampning, hvilket er at sikre materialeegenskaber, reducere miljøforurening, forlænge udstyrets levetid osv., men også erstatte Pt og Pd med Ag, Ni osv. Ædelmetallet bruges som den indre elektrode til at afbryde flerlagskomponenten på et stort tidspunkt. reducerer omkostningerne ved enheden og sparer energi. Derudover kan dybdegående forskning i lavtemperatursintring fremme udviklingen af ​​sintringsteori. På nuværende tidspunkt er procesmetoderne til at reducere sintringstemperaturen af ​​keramik, herunder sintringsprocessen, formalingsprocessen og metoden til væskefasesintring. Blandt dem er væskefasesintringsprocessen den enkleste, den laveste pris og er praktisk til industriel anvendelse. Det er et af hot spots i den piezoelektriske industri i ind- og udland at studere lavtemperatursintring af PZT piezoelektrisk keramik ved væskefasesintring.

1 Mekanisme for væskefasesintring

Ved at sintre et lavtsmeltende sintringshjælpemiddel såsom Bi2O3, B2O3, SiO2, V2O5 osv. i et PZT piezoelektrisk basismateriale, er tilsætning af et stof i stand til at danne en fast opløsning med PZT, sintringen af ​​PZT piezo transducer piezoelektrisk keramik tilhører en flydende fase. Den flydende fase, der opstår under sintringsprocessen, vil fugte de grønne kropspartikler og fylde porerne mellem partiklerne, hvilket skaber en overfladespænding mellem partiklerne. Størrelsen af ​​overfladespændingen er relateret til arten, mængden og partikelstørrelsen af ​​væskefasen. Under påvirkning af overfladespænding flyder partiklerne og ændrer det oprindelige arrangement og omarrangerer dem for at opnå en tættere pakning mellem de grønne partikler. Samtidig vil masseoverførselsprocessen på grund af tilstedeværelsen af ​​den flydende fase forløbe i grænsefladen mellem den flydende fase og den faste fase, de små partikler opløses gradvist for at forsvinde, og de store partikler vokser kontinuerligt og bliver til sidst ensartet og tæt porcelæn. Tilstedeværelsen af ​​en flydende fase aktiverer atomerne på overfladen af ​​pulverpartiklerne. Den lavtsmeltende glasfase dannet af forskellige lavtsmeltende sintringshjælpemidler er fordelt langs kontaktgrænsefladen for hver partikel, og atomerne transporteres ved væskefasediffusion, og diffusionskoefficienten er stor, så sintringsprocessen accelereres kraftigt, og sintringstemperaturen kan gøres større end når væskefasen ikke forekommer. For at reducere dette skal følgende tre krav være opfyldt som additiver til væskefasesintring: (1) væskefase bør fremkomme ved sintringstemperaturen; (2) god befugtningsevne over for faste stoffer; (3) fast fase i flydende fase. Der er betydelig opløselighed i det.

2 måder at opnå flydende fase sintring

Den største fordel ved PZT piezoelektriske keramik er, at de kan justeres til en lang række elektrofysiske egenskaber ved at ændre sammensætningen eller ændre de ydre forhold, så de passer til forskellige behov. Brugen af ​​andre stoffer til at opnå lavtemperatursintring af PZT-keramik reducerer ikke kun sintringstemperaturen, men optimerer også dens elektriske egenskaber. Derudover kan den flydende lavtemperatursintring realiseres ved den konventionelle fastfasemetode, og processen er enkel og industrialiseret. Væskefasesintringen udføres hovedsageligt på tre måder: (1) det faste stof formes til en fast opløsning med det sintrede legeme; (2) additivet danner en væskefase med det sintrede legeme (3) additivet danner en overgangsvæskefase med det sintrede legeme.

3.1 Tilsætning til det sintrede legeme for at danne en fast opløsning

Når blandingen er tæt på partikelstørrelsen, piezokrystalformen og elprisen for sintringsfasen, kan den være gensidigt opløselig til at danne en fast opløsning, hvilket forårsager, at hovedkrystalfasen bliver gitterforvrænget, og defekterne øges, således at nogle strukturelle elementer er i en ikke-ligevægtstilstand, som har stor aligevægtstilstand. Flyt for at fremme sintring.

2.2 Tilsætningen af ​​stoffet til det sintrede legeme danner en flydende fase

Væskefasesintring skyldes tilsætning af additiver for at få systemet til at have et lavt eutektisk punkt. Temperaturen er væsentligt lavere end den traditionelle sintringstemperatur piezo rund skive transducer . Den flydende fase dannes i den indledende fase af sintringen. Korngrænsen kan forbedres på grund af kornomlægning og styrkende kontakt ved væskefasesintring. Mobiliteten er sådan, at porerne udledes tilstrækkeligt, hvorved fortætningen af ​​sintringen fremmes og formålet med at sænke sintringstemperaturen opnås. Imidlertid introducerer tilsætningen af ​​et lavtsmeltende glas eller oxid en anden fase, og tilstedeværelsen af ​​for meget anden fase fører uundgåeligt til et signifikant fald i keramikkens dielektriske konstant, og en stigning i det dielektriske tab tan δ skal bemærkes.

2. 3 Tilsætningen og det sintrede legeme danner en overgangsvæskefase.

Hvis piezokeramikken kan danne en flydende fase i sintringens indledende fase, og sammensætningen af ​​den flydende fase kan fordampe eller genindtræde i hovedkrystalfasegitteret ved høj temperatur, kan det fungere som en dopingmodifikation. Sådanne tilsætningsstoffer med lavt smeltepunkt kan ikke blot reducere sintringstemperaturen kraftigt, men også undgå dannelsen af ​​sekundære faser ved tilsætning af flux, hvorved de gode piezoelektriske egenskaber af det oprindelige basismateriale bevares, hvilket har stor betydning for energibesparelser og miljøforureningsreduktion.