تحقیقات و پیشرفت ها در تکنیک های پخت فاز مایع با دمای پایین سرامیک های پیزوالکتریک PZT

سرامیک های تیتانات زیرکونات سرب (PZT) به طور گسترده ای استفاده می شود مبدل سرامیکی پیزوالکتریک پلاریزه به دلیل خواص عالی آنها. با این حال، سرامیک های پیزوالکتریک حاوی PZT دمای پخت نسبتاً بالایی در حدود 1200 درجه سانتیگراد دارند. دمای اکسیداسیون اکسید سرب (PbO) حدود 800 درجه سانتیگراد است. بنابراین، به راحتی می توان باعث تبخیر PbO در طی فرآیند تف جوشی شد که نه تنها باعث آلودگی محیطی می شود، بلکه باعث می شود ترکیب واقعی مواد سرامیکی از فرمول طراحی شده منحرف شود و در نتیجه خواص الکتریکی از بین برود. علاوه بر این، با توسعه فناوری نصب سطحی (SMT)، دستگاه های تراشه چند لایه به دلیل کارایی بالا، کوچک سازی و یکپارچگی عملکردی مورد علاقه بازار قرار می گیرند. با این حال، دمای پخت بالای سرامیک پیزوالکتریک، دستیابی به پخت همزمان مواد سرامیکی و مواد الکترود را دشوار می‌کند. اگر بتوان با کاهش دمای زینترینگ، فرآیند را بهبود بخشید، نه تنها ارزش فنی و اقتصادی مهمی در سرکوب تبخیر PbO دارد، که باعث تضمین خواص مواد، کاهش آلودگی محیطی، افزایش عمر تجهیزات و غیره می‌شود، بلکه همچنین جایگزینی Pt و Pd با Ag، Ni و غیره است. کاهش هزینه دستگاه و صرفه جویی در مصرف انرژی. علاوه بر این، تحقیقات عمیق در مورد تف جوشی در دمای پایین می تواند توسعه نظریه زینترینگ را ارتقا دهد. در حال حاضر روش های فرآیندی برای کاهش دمای تف جوشی سرامیک ها شامل فرآیند تف جوشی، فرآیند آسیاب و روش پخت فاز مایع می باشد. در میان آنها، فرآیند تف جوشی فاز مایع ساده ترین، کم هزینه ترین و برای کاربردهای صنعتی راحت است. این یکی از نقاط داغ در صنعت پیزوالکتریک در داخل و خارج از کشور برای مطالعه تف جوشی در دمای پایین سرامیک های پیزوالکتریک PZT با پخت فاز مایع است.

1 مکانیسم تف جوشی فاز مایع

با تف جوشی یک کمک تف جوشی کم ذوب مانند Bi2O3، B2O3، SiO2، V2O5، و غیره در یک ماده پایه پیزوالکتریک PZT، افزودن ماده ای قادر به تشکیل محلول جامد با PZT، تف جوشی PZT است. مبدل پیزو سرامیک پیزوالکتریک متعلق به فاز مایع است. فاز مایعی که در طی فرآیند تف جوشی رخ می دهد، ذرات بدن سبز را خیس می کند و منافذ بین ذرات را پر می کند، که باعث ایجاد کشش سطحی بین ذرات می شود. بزرگی کشش سطحی با ماهیت، کمیت و اندازه ذرات فاز مایع مرتبط است. تحت عمل کشش سطحی، ذرات جریان می یابند و آرایش اصلی را تغییر می دهند و آنها را دوباره مرتب می کنند تا بسته بندی نزدیک تری بین ذرات سبز ایجاد شود. در عین حال، به دلیل وجود فاز مایع، فرآیند انتقال جرم در سطح مشترک بین فاز مایع و فاز جامد ادامه می‌یابد، ذرات کوچک به تدریج حل می‌شوند تا ناپدید شوند و ذرات بزرگ به طور مداوم رشد می‌کنند و در نهایت تبدیل به چینی یکنواخت و متراکم می‌شوند. وجود فاز مایع، اتم های سطح ذرات پودر را فعال می کند. فاز شیشه ای کم ذوب که توسط کمک های مختلف تف جوشی کم ذوب تشکیل شده است در امتداد رابط تماس هر ذره توزیع می شود و اتم ها با انتشار فاز مایع منتقل می شوند و ضریب انتشار بزرگ است، به طوری که فرآیند تف جوشی بسیار تسریع می شود و دمای تف جوشی می تواند بزرگتر از زمانی باشد که فاز مایع رخ نمی دهد. برای کاهش آن، سه الزام زیر باید به عنوان مواد افزودنی برای پخت فاز مایع برآورده شوند: (1) فاز مایع باید در دمای پخت ظاهر شود. (2) ترشوندگی خوب به جامدات. (3) فاز جامد در فاز مایع. حلالیت قابل توجهی در آن وجود دارد.

2 راه برای دستیابی به تف جوشی فاز مایع

بزرگترین مزیت سرامیک های پیزوالکتریک PZT این است که می توان آنها را به طیف وسیعی از خواص الکتروفیزیکی با تغییر ترکیب یا تغییر شرایط خارجی مطابق با نیازهای مختلف تنظیم کرد. استفاده از مواد دیگر برای دستیابی به تف جوشی در دمای پایین سرامیک های PZT نه تنها دمای پخت را کاهش می دهد، بلکه خواص الکتریکی آن را نیز بهینه می کند. علاوه بر این، پخت فاز مایع در دمای پایین را می توان با روش فاز جامد معمولی انجام داد و فرآیند ساده و صنعتی است. تف جوشی فاز مایع عمدتاً به سه روش انجام می شود: (1) ماده جامد با بدن متخلخل به محلول جامد تبدیل می شود. (2) افزودنی یک فاز مایع با بدن متخلخل تشکیل می دهد (3) افزودنی یک فاز مایع انتقالی را با بدنه تف جوشی تشکیل می دهد.

3.1 افزودن به بدن متخلخل برای تشکیل محلول جامد

هنگامی که مخلوط نزدیک به اندازه ذرات، شکل کریستال پیزو و قیمت الکتریسیته فاز تف جوشی باشد، می تواند به طور متقابل حل شود تا یک محلول جامد را تشکیل دهد، که باعث می شود فاز کریستالی اصلی به شکل شبکه اعوجاج پیدا کند و عیوب افزایش یابد، به طوری که برخی از عناصر ساختاری در حالت غیرتعادلی و دارای انرژی زیادی هستند. حرکت برای ترویج پخت.

2.2 افزودن ماده به بدن متخلخل، فاز مایع را تشکیل می دهد

تف جوشی فاز مایع به دلیل افزودن مواد افزودنی است تا سیستم نقطه یوتکتیک پایینی داشته باشد. دما به طور قابل توجهی کمتر از دمای پخت سنتی است مبدل دیسک گرد پیزو . فاز مایع در مرحله اولیه تف جوشی تشکیل می شود. مرز دانه را می توان به دلیل بازآرایی دانه و تقویت تماس در تف جوشی فاز مایع افزایش داد. تحرک به گونه ای است که منافذ به اندازه کافی تخلیه می شوند، در نتیجه باعث افزایش متراکم تف جوشی و دستیابی به هدف کاهش دمای زینترینگ می شود. با این حال، افزودن یک شیشه یا اکسید کم ذوب فاز دوم را معرفی می‌کند و حضور بیش از حد فاز دوم به ناچار منجر به کاهش قابل‌توجه ثابت دی‌الکتریک سرامیک می‌شود و باید به افزایش تلفات دی الکتریک tan δ اشاره کرد.

2. 3 افزودن و بدن متخلخل یک فاز مایع انتقالی را تشکیل می دهند.

اگر سرامیک پیزو بتواند در مرحله اولیه تف جوشی فاز مایع تشکیل دهد و ترکیب فاز مایع بتواند در دمای بالا تبخیر شود یا دوباره وارد شبکه فاز کریستالی اصلی شود، می تواند به عنوان یک اصلاح دوپینگ عمل کند. چنین افزودنی های نقطه ذوب پایین نه تنها می توانند دمای تف جوشی را تا حد زیادی کاهش دهند، بلکه از تشکیل فازهای ثانویه با افزودن شار نیز جلوگیری می کنند، در نتیجه خواص پیزوالکتریک خوب ماده پایه اصلی را حفظ می کنند، که برای صرفه جویی در انرژی و کاهش آلودگی محیطی اهمیت زیادی دارد.