Language
Visninger: 12 Forfatter: Webstedsredaktør Udgivelsestid: 29-10-2019 Oprindelse: websted
PZT piezoelektrisk keramik har karakteristika af høj curie-temperatur, stærk piezoelektricitet, nem dopingmodifikation og god stabilitet. Siden 1960'erne har det været et hot spot for opmærksomhed og forskning, og det har domineret området for piezoelektrisk keramik. Med hensyn til fremstillingsprocessen af PZT piezoelektrisk keramik har Pzt-pulversyntese og fortætningssintring den største indflydelse på kvaliteten af PzT-produkter. PzT ultrafint pulver har fordelene ved fin partikelstørrelse, stort specifikt overfladeareal og høj reaktivitet, som kan reducere sintringstemperaturen, reducere blyfordampningen, sikre nøjagtig støkiometri og forbedre ydeevnen af PZT-produkter. Derfor er fremstillingen af ultrafint PZT-pulver blevet undervands piezorør . Fokus for elektrisk keramisk forskning. I de senere år er der udviklet mange nye metoder til undersøgelse af ultrafin PZT-pulverpræparation. Ud over den traditionelle fasefasemetode inkluderer fastfasemetoden mikrobølgestrålingsmetoden, mekanisk kemisk metodeport og reaktionssintringsmetoden. Væskefasemetoden har fordelene ved lav syntesetemperatur, simpelt udstyr, nem betjening, lave omkostninger osv., og som er blevet brugt til fremstilling af PZT-pulver, såsom sol-gel-metoden, hydrotermisk metode, udfældningsmetoden'. Der er dog stadig mange mangler ved fremstillingen og ydeevnen af PZT piezoelektriske keramik, herunder pulver-agglomerering af produktets egenskaber og pulveragglomereringen af ovennævnte årsager. problemer og forskningens fremskridt med at løse disse problemer diskuteres som følger, og nogle forslag til udvikling af Pzt piezoelektrisk keramik fremsættes.
1 pulver agglomeration
Pulveragglomerering omfatter generelt blød agglomeration og hård agglomeration. Blød agglomeration dannes ved forstærkning og vekselvirkning af van der Waals kraft, elektrostatisk tiltrækning og kapillarkraft mellem partikler, når størrelsen af pulverpartiklerne aftager; hård agglomeration skyldes den kemisk bundne binding mellem grupperne. Handlingen danner en brodannende oxygenbinding, og den brodannende oxygenkæde mellem partiklerne interagerer for at dannes. Agglomerationsproblemet er den vigtigste faktor, der påvirker den fremragende ydeevne af ultrafint PzT-pulver, og det påvirker også i høj grad kvaliteten af PZT-produkter. Dette skyldes, at PZT-materialer er funktionelle materialer. De grundlæggende krav til syntetiske pulvere er høj renhed, ultrafin, ensartet partikelstørrelsesfordeling, god spredning, støkiometrisk nøjagtighed og ensartet doping. Desuden. Forekomsten af agglomeration i PZT piezo keramisk rørbismuthsyntese vil føre til et fald i bulkdensitet og ujævn morfologi og vil introducere et stort antal porer, hvilket resulterer i den ujævne mikrostruktur, som alvorligt påvirker tætheden af det sintrede legeme og kan også føre til den anden sintringsproces. Sekundær omkrystallisation, hvorved de piezoelektriske og termoelektriske egenskaber af PZT-artiklen reduceres. Derfor er reduktion eller undgåelse af agglomeration i syntesen af ultrafint PzT-pulver en forudsætning for fremstilling af højtydende PZT piezoelektrisk keramik. Agglomerationen i fremstillingen af PZT-pulver omfatter to former for blød og hård agglomeration. Agglomerationsmekanismen er også forskellig for forskellige pulverfremstillingsmetoder. Den traditionelle fastfasemetode til syntetisering af PZT-pulver er kendetegnet ved gentagen kugleformaling og høj kalcineringstemperatur. Gentagen kuglefræsning introducerer ikke kun urenheder, men overslibning fører også til dannelsen af agglomeration. Især den udviklede mekanokemiske metode udnytter hovedsageligt mekanisk energi fuldender PZT-fasesyntesen, og boldtiden er lige så lang som himlen. Det er lettere at indføre urenheder og forårsage agglomerering af pulver. For høj kalcineringstemperatur kan også forårsage agglomerering af pulver. Væskefasemetoden bruges til at syntetisere PZT-pulver. Fordi fastfasepartikler dannes i den flydende fase, gennemgår de generelt kernedannelse, vækst, sammensmeltning og agglomerering. Derfor kan den agglomererede struktur dannes, når den er en fastfasepartikel dannet i væskefasen. På grund af den brune bevægelse er partiklerne tæt på hinanden. Når den kinetiske energi mellem partiklerne er større end barrieren, der danner agglomeratet, mellem de ømme partikler under påvirkning af bevægelsen, genforenes de hinanden. For det andet, i processen med faststof-væske-separation, med eliminering af den sidste del af væskefasen, bringes fastfasepartiklerne tæt på hinanden på grund af overfladespændingen. Især syntesen af PZT-pulver med vand som opløsningsmiddel. De spor af vand, der til sidst forbliver mellem partiklerne, vil binde partiklerne og partiklerne tæt sammen af brint. Derudover calcineres den fremstillede PZT-pulverprecursor generelt ved 500 til 700° C, hvilket også kan forårsage pulveragglomerering og kan også forårsage, at de dannede agglomerater forværrer dannelsen af agglomererede strukturer på grund af lokal sintring. Det kan ses, at P ZT-pulver fremstilles ved co-præcipitationsmetode. Hvert stadie af samtidig udfældning, kornvækst til skylning, tørring og kalcinering af præcipitatet kan resultere i partikelvækst og dannelse af agglomerater. I henhold til dannelsen af agglomeration kan reduktion eller undgåelse af partikelvækst og agglomeration i fremstillingen af ultrafint PZT-pulver overvejes ud fra følgende aspekter: et er adskillelsen af nukleation og vækstproces, fremme nukleation, kontrolvækst; sikre høj nukleationshastighed ti væksthastigheder, det vil sige at sikre, at PZT-pulverprækursoren genereres under en stor grad af underafkøling eller høj overmætning. Den anden er forebyggelsen af PZT-pulveragglomerering. Dette inkluderer, hvordan man hæmmer dannelsen af agglomeration under pulverfremstilling, og hvordan man eliminerer agglomeration efter agglomeration. Fremgangsmåden til inhibering af agglomeration under pulverfremstilling omfatter: (1) udvælgelse af rimelige reaktionsbetingelser (såsom PH-værdi, reaktionskoncentration og temperatur,); (2) særlig behandling under pulversyntese eller tørring; inklusive pulversynteseproces, overfladeaktivt middel tilsættes og filtreres med et organisk opløsningsmiddel, og overfladespændingen af det overfladeaktive middel er lav. Derfor kan en pulverprecursor med en lettere agglomerationsgrad opnås; en særlig tørreproces anvendes i tørreprocessen, hovedsageligt frysetørring, superkritisk tørring og fjerninfrarød tørring osv. Grundprincippet er at eliminere gas-væsken med en stor overfladespænding. Grænsefladen eller partiklerne er faste og kan ikke være tæt på hinanden. For eksempel er lyofilisering at anvende en lav temperatur og et undertryk til at sublimere det rå flydende medium frosset til en fast fase under et negativt tryk, eftersom fastfasepartiklerne er frosset i det rå flydende medium. Og der er ingen gas-væske-grænseflade med en stor overfladespænding i kapillæren mellem partiklerne, hvorved man undgår problemet med alvorlig agglomeration forårsaget af væskebroen.
(3) Vælg de bedste kalcineringsbetingelser eller brug specielle processer, såsom brug af mikrobølgeopvarmning uden varmeoverførsel, høj energieffektivitet og andre egenskaber til at erstatte den traditionelle højtemperatur elektriske ovn, ved 600. c .Et enkeltkomponent PZT-pulver blev opnået. Fremgangsmåder til at eliminere agglomeration efter dannelse af agglomerater er aflejring eller sedimentering, formaling og ultralydsbehandling, tilsætning af et dispergeringsmiddel og lignende. For eksempel anvender Wang Xicheng' metalalkoxid og nitrat som råmaterialer, kontrollerer strengt generering af samtidig udfældning, vask og udvælgelsesbetingelserne for dispersionen, anvender frysetørringsteknologi og gennemgår derefter en rimelig kalcineringsproces for at danne en ensartet sammensætning uden hård agglomerering. Krop, enkelt perovskitfase med mikron-2-sintringsaktivitet med mikron-2-sintringsaktivitet (5) mikropulver er dannet ved kold isostatisk presning (cIP) teknologi, fortætningssintring kan opnås ved 800 ° c, og dens relative tæthed opnås.
Indflydelsen af støkiometrisk støkiometri på kvaliteten af PZT-produkter omfatter hovedsageligt z-aspekter: For det første får blyfordampningen under sintringsprocessen af PZT piezoelektrisk keramik komponenterne til at afvige fra den nøjagtige støkiometri, og produkternes ydeevne reduceres; på den anden side zr/ i komponenterne. Udsvinget i Ti påvirker stabiliteten af PzT-produktets ydeevne. Blyfordampning anses generelt for at skyldes den høje sintringstemperatur af PZT piezoelektrisk keramik. Blyoxid har et relativt højt mættet damptryk i højtemperaturmiljø, hvilket fører til blyfordampning. Jo højere det mættede damptryk er, jo lettere fordampes bly, og zr med stigningen af /Ti stiger sintringstemperaturen af PZT piezoelektrisk keramik, og det mættede damptryk af blyoxid stiger gradvist. Blytab vil blive mere alvorligt, så høj zr/Ti PzT piezoelektrisk keramik er sværere at sintre, og for lavt iltpartialtryk under sintring vil føre til blyfordampning. PZT-materialet fremstillet ved den konventionelle fastfasemetode har en sintringstemperatur på generelt 1.200 på grund af den lave aktivitet af det syntetiske pulver. Det er let at forårsage en stor mængde blyfordampning, produktets ydeevne er ikke høj, så fastfasemetoden til PZT-produkter er vanskelig at opfylde de høje ydeevnekrav for anvendelsesområdet. På nuværende tidspunkt er de vigtigste foranstaltninger truffet af materialeforskere i ind- og udland for blyfordampning som følger: For det første tilsættes overskydende bly til pulversyntesen. Overskydende bly tilsættes. I den indledende fase af sintringen, på grund af dannelsen af væskefase, kan kontaktarealet af reaktanterne øges, diffusionshastigheden af zirconium, titanium og dopingmidler kan accelereres, og ensartetheden af produktet kan forbedres; den dannede flydende fase kan også fremskynde diffusionsbevægelsen af opløsning og udfældning, Befordrende for omlejring og tæt pakning af partiklerne, fremskynde fortætningen af produktet. Men når mængden af tilsat bly er for meget, vil det overskydende bly aflejres på krystallen på den ene side, hvilket vil reducere produktets ydeevne. På den anden side vil det let medføre, at den lokale koncentration af titan i PzT-komponenten bliver for høj, og opløseligheden i flydende fase blyoxid er stor tør zrOz. Opløselighed, hvilket resulterer i et højt lokalt titaniumindhold i PZT-produktet efter sintring, især ved korngrænsen. Derved påvirker ensartetheden af produktets mikrostruktur og reducerer produktets ydeevne. Tilsætningen af overskydende bly påvirker de mekaniske egenskaber af PZT piezoelektriske keramiske komponenter: når produktet er for meget bly, er en frakturtilstand en transgranulær fraktur. For det andet, i sintringsprocessen af produktet, i henhold til fordampningsmekanismen for bly, vedtages et rimeligt sintringssystem og særlige foranstaltninger. Det bruges i vid udstrækning til at tilføje et sintringsatmosfæreark og en dobbeltlagsvismutteknik til sintring og kontrollere sintringsatmosfæren til at være en oxiderende atmosfære. Dette vil reducere blyfordampning og forhindre sortfarvning af produktet. Under en reducerende atmosfære reduceres Ti let til T1 ̈ for at gøre produktet mørkere.
Den tredje er at tilsætte en passende mængde dopingmidler. Doping reducerer blyfordampning og forbedrer på den anden side PzT-produktets ydeevne. Den fjerde er at undersøge syntesen af højaktivt PZT-pulver yderligere, så PZT piezoelektrisk keramik kan fortættes og sintres ved en temperatur, der er lavere end bly. Derudover mangler mekanismen for fordampning af bly at blive yderligere undersøgt. Fordampningstemperaturen for blyoxid i den hydrotermiske syntese af PzT-pulver er 924,71. c, og reaktionstemperaturen mellem partiklerne ̈ . Reaktionstemperaturen mellem fastfasesyntese ved 26° PZT-pulverpartiklerne fra C var 47. c. Oxidationstemperaturen for blyoxid er 29 ° C; den laveste eutektiske temperatur i P ZT-systemet er 838. c. Det kan ses, at rimelige procesforanstaltninger skal træffes i henhold til blyets fordampningsmekanisme og fremstillingsmetoden for PZT-pulver for at reducere blyfordampning og forbedre ydeevnen af PZT-produkter.
5 Doping
Undersøgelser har vist, at PZT-produktets ydeevne er tæt forbundet. På nuværende tidspunkt, til undersøgelse af PZT-materialer, er zr/Ti hovedsageligt koncentreret i området 53/47 og 95/5. At stole udelukkende på forskellige zr/T- for at forbedre ydeevnen af PZT-produkter kan dog ikke opfylde kravene til PZT-produkter på forskellige områder. Det er også nødvendigt at forbedre produkterne ved at vælge en passende mængde dopingmidler på basis af zr/Tl. samtidig med at effekten af fluktuationer i zr/Ti på ydeevnestabiliteten af pzt-artikler reduceres. Additivet kan være gensidigt opløseligt i hovedkrystalgitteret og kan udfældes i korngrænsen i form af den anden fase. Når det er gensidigt opløseligt, kan ydeevnen eller strukturen af den krystallinske hovedfase ændres i overensstemmelse med mængden af tilsætning; når det ikke er gensidigt opløseligt. Som anden fase påvirkes korngrænsen, hvilket påvirker bindingskraften eller korngrænseegenskaben mellem krystalkornene. De vigtigste virkninger af doping omfatter dannelse af ledige stillinger, hæmning af kornvækst, dannelse af bovin væskefase og udvidelse af sintringstemperaturområdet. Samtidig kan det i henhold til dopingmidlets rolle i PZT piezoelektriske keramik opdeles i tre typer: donordoping, acceptordoping og variabel ionisk sammensat doping. I dopingmodifikationsundersøgelsen af PZT piezoelektrisk keramik er La, Mn2- og Nb blevet undersøgt i store mængder. Effekten af dopede Nbzos på PzT65/35-materiale fremstillet ved fastfasemetoden blev undersøgt. Det viste sig, at tilsætningen af niob væsentligt fremmede fortætning og sintring og hæmmede væksten af niob med stigningen af niobiumindholdet på grund af Nb0. Forstærkningen af den oktaedriske elektrostatiske virkning forårsager, at stammen af rhomboide enhedscellen af PzT bliver belastet. Enhedscellen har en tendens til at blive strakt på overfladen, hvilket gør produktet let at polarisere og bidrager også til at forbedre dets anti-aldringsegenskab. Grænsen for 'opløselighed' i PZT-materialet er 7 mol%. Når mængden er mindre end 7. er aluminium og perovskitkrystalgitteret fuldstændigt gensidigt opløselige. På dette tidspunkt er produktet helt i perovskitfasen. Det udviser donorurenhedskarakteristika; når det tilsættes i en mængde større end 7 mol, vil overskydende ruthenium reagere med bly eller titanium, hvilket resulterer i produktionen af en anden fase, såsom en fluoritfase, som reducerer artiklens dielektriske og piezoelektriske egenskaber. Effekten på mikrostrukturen og piezoelektriske egenskaber af PZT-materialer og valenstilstanden af mangan i PZT-materialer blev bestemt af EsR. Resultaterne viser, at mangans opløselighed i Pz-butylmaterialer hovedsageligt er i form af Mn og Mn5+. 1,5nlol', når manganindhold
4. Aldring
Aldring refererer til den egenskab, at de elektriske ydeevneparametre for PZT-artikler ændres med tiden. Vi ved, at PZT piezoelektrisk keramik tilhører ABO. Perovskitstrukturen omfatter tre krystalfaser af kubisk, tetragonal og rhombohedral. Ifølge zr/T1 kan der produceres forskellige krystalfaser, og den aktiverede kation er type A ion. Under curie-temperaturen går ionerne af A- eller B-typen ind i en bestemt position, hvilket producerer spontan polarisering og danner domæner, men vinklen mellem tilstødende domæner kan kun være 90 eller 180. Dette skyldes enten Den spontane polarisering af den ferroelektriske domænestruktur tillader orienteringen af at være ækvivalent med den ferroelektriske struktur i den proto-aksisiske struktur. ferroelektrisk krop. Samtidig er den ferroelektriske domænestruktur også begrænset af den spontane belastning af krystallen. Fasen skal sikre, at den spontane belastning, der genereres af de tilstødende domæner i domænevæggene, kan være kompatible, så vinklen på de tilstødende domæner af F kun kan være 90 eller 180. Samtidig skal de sintrede piezokeramiske produkter være i stærk jævnstrøm. Under påvirkning af feltet tvinges den spontane polarisering af hvert domæne til at blive justeret, og derved genererer den resterende polarisering, det vil sige udviser en piezoelektrisk effekt. Den polariserede PZT piezoelektrisk keramisk skive er tvunget til at jage intracelleforstyrrelsen på grund af det elektriske polariseringsfelt. Arrangementet af 90 slack og 180. domænestyring, ordnet arrangement og den spontane polarisationsakse i enhedscellen er lidt længere end den ikke-spontane polarisationsakse, og tøjningsbrønden genererer en stor indre spænding, når den drejer. Efter fjernelse af det eksterne elektriske felt forårsager denne interne spænding den indre ubalance i enhedscellen. og lagre mere intern energi, hvilket fører til de 90, der er blevet vendt. Det nye domæne gendannes til det uordnede arrangement før polarisering for gradvist at frigøre den indre stress. Derfor er den resterende polarisering relateret til disse. Forstyrrende og gradvist aftagende, dielektriske og piezoelektriske parametre vil ændre sig tilsvarende. Det kan ses, at forstyrrelsen af nye domæner er roden til aldringsmekanismen. Ældningslovene omfatter generelt lineære, ikke-lineære og gradvise. Der er tre typer næsten-lineære. Faktorerne, der påvirker ældningen af PZT-produkter, omfatter eksterne og interne faktorer. Eksterne faktorer er relateret til brugsmiljøet. Interne faktorer som temperatur og luftfugtighed er tæt forbundet med domænestruktur og domænebevægelse, som skyldes højt elektrisk felt. Polariseringsinversionsprocessen fuldendes af bevægelsen af domænevægge og generering og bevægelse af nye domænevægge. Domænestrukturen er tæt forbundet med mikrostrukturen efter sintring såsom kornstørrelse, korngrænse osv. Når kornstørrelsen er lille .Når størrelsen af domænevæggen er ens, vil udviklingen af den ferroelektriske domænestruktur og bevægelsen af domænevæggen blive hindret. Specifikt, når kornstørrelsen øges, falder korngrænsevolumenfraktionen, og koblingen mellem korngrænsen og domænevæggen falder. Domæneorienteringen er vanskeligere, og domænevægsbevægelsen er alvorligt undertrykt, så den resterende polarisering og dielektriske konstant stiger med stigningen i kornstørrelsen, og tvangsfeltstyrken falder. Tykkelsen og egenskaberne af korngrænsen har også betydning for domænestrukturen. Korngrænsen er gunstig for udviklingen af domænet på tværs af korngrænsen og forbedrer produktets piezoelektricitet.
