پیشرفتها در توسعه سرامیکهای پیزوالکتریک PZT پخته شده با دمای پایین عمدتاً شیشه، ترکیبات یا ترکیباتی با ذوب کم هستند که میتوانند با سرامیکهای پیزوالکتریک PZT به صورت جامد حل شوند.
4.1 خنک شدن با افزودن ماده ای با نقطه ذوب پایین
دمای تف جوشی PZT سنسور پیزو سرامیکی با دوپینگ ماده کم ذوب PbO·WO3 به روش فاز جامد کاهش می یابد. مشخص شد که وقتی مقدار دوپینگ PbO·WO3 0.5 مول باشد، فاز پروسکایت خالص را می توان با نگهداری در دمای 900 درجه سانتی گراد به دست آورد. بهترین عملکرد ترکیب را می توان با نگهداری در دمای 1100 درجه سانتی گراد به دست آورد. ثابت دی الکتریک 1593 است، تلفات دی الکتریک tan δ = 0. 019، ضریب پیزوالکتریک d33 = 363. 5 × 10 pCPN، ضریب جفت الکترومکانیکی Kp = 0. 596، فاکتور کیفیت مکانیکی ضریب کیفیت مکانیکی Qm = 88. این ضریب کیفیت مکانیکی کاملاً پایین است. یک فاز مایع در طی فرآیند تف جوشی وارد شبکه کریستالی می شود که به عنوان پخت فاز مایع عمل می کند، دمای تف جوشی و از تشکیل دو فاز جلوگیری می کند. اثرات دماهای مختلف تف جوشی بر ریزساختار و خواص پیزوالکتریک سرامیک های پیزوالکتریک PMS-PZT نتایج تجربی نشان میدهد که سرامیکهای PMS - PZT هنوز هم میتوانند ساختار متراکمی را در تف جوشی در دمای متوسط و پایین از 1100 تا 1150 درجه سانتیگراد تشکیل دهند، و خواص پیزوالکتریک و دیالکتریک نزدیک به آنهایی است که در دمای پخت بهینه (1240 درجه سانتیگراد) به دست میآیند. این عمدتاً به این دلیل است که PbO و Sb2O5 میتوانند یک فاز مایع گذار را در دمای تف جوشی پایینتر (1100 تا 1150 درجه سانتی گراد) تشکیل دهند، در نتیجه باعث تراکم مواد و غنیسازی به عنوان فاز ثانویه در مرز دانه میشوند. با افزایش دمای تف جوشی، آنها می توانند دوباره وارد شبکه کریستالی شوند تا یک ساختار پروسکایتی را تشکیل دهند. تف جوشی در دمای پایین ترانسفورماتور سرامیکی پیزوالکتریک چند لایه چند لایه PMN-PZT مورد مطالعه قرار گرفت. با افزودن Li2CO3 و Bi2O3 به عنوان مواد کمکی تف جوشی در سرامیک های PMN-PZT، فاز مایع LiBiO2 در حین پخت برای کاهش چینی PMN-PZT تشکیل شد. هدف از پخت دمای و Bi3 + (0.96 ! ) و Li + (0.74 ! ) به ترتیب جایگزین Pb2 + ( 1. 18 ! ) و Ti4 + (0. 68 ! ) شدند و جای خالی سرب را تشکیل دادند. و جای خالی O نقش اصلاحی دوگانه ایفا کرده است. مواد سرامیکی پیزو را می توان در دمای پایین 940 درجه سانتیگراد زینتر کرد و چگالی به 96 درصد چگالی تئوری می رسد و دارای پارامترهای عملکرد دی الکتریک و پیزوالکتریک عالی است. اکسید کامپوزیت Bi4 Ti3O12 به عنوان کمک تف جوشی برای کاهش دمای پخت سرامیک های PZT (52P48) اضافه می شود. تایید شد که Bi4 Ti3O12 میتواند مقدار زیادی فاز مایع را تشکیل دهد تا تراکم زینترینگ را در طی پخت افزایش دهد. دیگران سعی کردند Li2O را به PMN-PZT اضافه کنند تا یک فاز مایع انتقالی برای ترویج پخت، و یک فشرده به اندازه کافی در دمای 950 درجه سانتیگراد تشکیل شود. علاوه بر این، تف جوشی فاز مایع PZT را نیز می توان با افزودن MnO2، PbF2، NaF، V2O5 و موارد مشابه به دست آورد. با این حال، افزودن یک شیشه یا اکسید کم ذوب ممکن است فاز دوم را ایجاد کند و حضور بیش از حد فاز دوم به ناچار منجر به کاهش قابل توجهی در ثابت دی الکتریک پیزو سرامیک و افزایش اتلاف دی الکتریک tan δ می شود که باید توجه داشت.
3. 2 خنک شدن با تشکیل محلول جامد
این یک روش سنتز فاز جامد مرسوم با استفاده از Pb0 تهیه شده است. 94 Sr0. 06 (Ni1P2 W1P2) 0. 02 (Mn1P3 Nb 2P3) 0. 07 (Zr0. Ti0. 49) 0. 91 (0. 02PNW - 0. 07PMnN - 0. 91PZT) کریستال دیسک پیزوالکتریک . با افزودن BiFeO3 کم ذوب برای معرفی یون های دوپینگ نرم مانند Fe3 + و Bi3 +، از آنجایی که اندازه یون، نوع شبکه و قیمت برق تفاوت زیادی با فاز A PZT پیزو کریستال ندارد، می توان آنها را به صورت متقابل حل کرد تا یک محلول جامد تشکیل دهند. یک فاز مایع در حین زینترینگ تشکیل می شود تا زینترینگ را تقویت کند. در عین حال، معرفی یون های نرم می تواند خواص سرامیک های پیزوالکتریک را نیز بهبود بخشد. هنگامی که مقدار دوپینگ BiFeO3 10٪ (mol) است، سرامیک PNW-PMnN-PZT که در دمای 950 درجه سانتیگراد پخته شده است بهترین خواص پیزوالکتریک را دارد. این یک ترکیب سه تایی از PZT-PCN با افزودن سرب (Cu0. 33Nb0. 67) O3 به PZT با روش فاز جامد معمولی به دست میآید. هنگامی که محتوای نسبی PCN 0.08 است، در 1050، چگالی تف جوشی برای 2 ساعت می تواند به 7.8 تا 7. 9 gPcm3 برسد که 98 درصد چگالی نظری است. تف جوشی در دمای 950 درجه سانتیگراد به مدت 2 ساعت خواص الکتریکی بهتری به دست آورد: d33 = 473 pCPN، εr = 1636، Kp = 0.64. نویسندگان بر این باورند که PCN و PZT یک محلول جامد را تشکیل می دهند که در آن ذوب اولیه CuO به اصلاح دوپینگ Nb5 + کمک می کند و فاز مایع تشکیل شده به طور همزمان دمای تف جوشی را کاهش می دهد. منتظر موردی هستیم که MnO2 با PZT-PZN دوپ شود. هنگامی که مقدار دوپینگ MnO2 0.4 درصد وزنی باشد، سرامیک PZT-PZN را می توان پس از پخت در دمای 930 درجه سانتیگراد به مدت 4 ساعت به طور کامل متراکم کرد. بهترین خواص الکتریکی موجود Qm = 1000، Kp = 0.62، d33 = 330 pCPN است. مکانیسم به شرح زیر است PZT یک محلول جامد با PZN تشکیل می دهد که دمای تف جوشی را کاهش می دهد و خواص الکتریکی پیزو سرامیک را بهبود می بخشد. با افزودن MnO2 نقش ضخیم شدن و تف جوشی را ایفا می کند و مواد را متراکم تر و پخته شدن آسان تر می کند و مقدار Qm ماده را بهبود می بخشد. علاوه بر این، یک محلول جامد که قادر به تشکیل محلول جامد با سرامیک PZT است BaCu0 است. 5W0. 5 O3 (BCW)، NaNbO3 [20]، Sr (Cu1P2 W1P2) O3، BiFeO3 (BF)، و موارد مشابه. این افزودنی ها نه تنها دمای تف جوشی را کاهش می دهند، بلکه عملکرد خود را حفظ و بهبود می بخشند، که برای صرفه جویی در انرژی و کاهش آلودگی محیطی اهمیت زیادی دارد.
به طور کلی، کاهش نامناسب دمای پخت از مواد مبدل لوله پیزوسرامیک باعث کاهش عملکرد می شود. بنابراین، در حالی که دما به شدت کاهش می یابد، می توان از چگالی و عملکرد خوب بدنه سرامیکی برای دستیابی به تف جوشی در دمای پایین مواد سرامیکی پیزوالکتریک اطمینان حاصل کرد. البته زینترینگ در دمای پایین تنها با یک مسیر انجام نمی شود، بلکه برای دستیابی به بهترین نتیجه نیاز به ترکیبی از روش های مختلف، هماهنگی و تکمیل طولانی مدت دارد. به دلیل فرآیند ساده تف جوشی فاز مایع، هزینه کم و عملکرد خوب سرامیک های پیزو در دماهای پایین تر، به یک موضوع تحقیقاتی داغ در داخل و خارج از کشور تبدیل شده است و چشم انداز کاربرد گسترده ای در تولید صنعتی دارد. در حال حاضر، به منظور کاهش هزینه های تهیه دستگاه های تراشه پیزو سرامیکی چند لایه و تحقق هدف استفاده از الکترودهای داخلی نقره و مس به عنوان دستگاه های تراشه ای، مطالعه تکنولوژی زینترینگ در دمای پایین سرامیک های پیزوالکتریک PZT اهمیت ویژه ای دارد.
