Matalan lämpötilan nestefaasisintraustekniikoiden tutkimus ja kehitys PZT-pietsosähköisen keramiikan alalla

Lyijyzirkonaattititanaattikeramiikkaa (PZT) on käytetty laajasti Polarisoitu pietsosähköinen keraaminen muunnin erinomaisten ominaisuuksiensa ansiosta. Kuitenkin pietsosähköinen keramiikka, joka sisältää PZT:tä, on suhteellisen korkea sintrauslämpötila noin 1200 °C. Lyijyoksidin (PbO) hapetuslämpötila on noin 800 °C. Siksi on helppo aiheuttaa PbO:n haihtumista sintrausprosessin aikana, mikä ei ainoastaan ​​aiheuta ympäristön saastumista, vaan aiheuttaa myös keraamisen materiaalin todellisen koostumuksen poikkeamisen suunnitellusta koostumuksesta, mikä johtaa sähköisten ominaisuuksien heikkenemiseen. Lisäksi pintaliitosteknologian (SMT) kehittymisen myötä monikerroksiset sirulaitteet ovat markkinoiden suosiossa niiden korkean tehokkuuden, pienentämisen ja toiminnallisen integroinnin vuoksi. Pietsosähköisen keramiikan korkea sintrauslämpötila tekee kuitenkin vaikeaksi saavuttaa keraamisen materiaalin ja elektrodimateriaalin yhteispolton. Jos prosessia voidaan parantaa alentamalla sintrauslämpötilaa, sillä ei ole vain tärkeää teknistä ja taloudellista arvoa PbO:n haihtumisen estämisessä, mikä varmistaa materiaalin ominaisuudet, vähentää ympäristön saastumista, pidentää laitteiden käyttöikää jne., vaan myös Pt:n ja Pd:n korvaaminen Ag:lla, Ni:llä jne. Jalometallia käytetään sisäelektrodina, joka pienentää monikerroksisen sirun kustannuksia. säästää energiaa. Lisäksi syvällinen matalan lämpötilan sintrauksen tutkimus voi edistää sintrausteorian kehittymistä. Tällä hetkellä prosessimenetelmät keramiikan sintrauslämpötilan alentamiseksi mukaan lukien sintrausprosessi, jauhatusprosessi ja nestefaasisintrausmenetelmä. Niistä nestefaasisintrausprosessi on yksinkertaisin, edullisin ja kätevä teolliseen käyttöön. Se on yksi pietsosähköisen teollisuuden kuumista kohdista kotimaassa ja ulkomailla PZT-pietsosähköisen keramiikan matalan lämpötilan sintrauksen tutkiminen nestefaasisintrauksella.

1 Nestefaasisintrausmekanismi

Sintraamalla matalassa lämpötilassa sulavaa sintrausapuainetta, kuten Bi2O3, B2O3, SiO2, V2O5 jne. PZT-pietsosähköiseen perusmateriaaliin, aineen lisääminen pystyy muodostamaan kiinteän liuoksen PZT:n kanssa, PZT:n sintraus pietsosähköinen keramiikka pietsosähköinen muunnin kuuluu nestefaasiin. Sintrausprosessin aikana esiintyvä nestefaasi kostuttaa vihreät kappaleet ja täyttää hiukkasten väliset huokoset, mikä luo pintajännitystä hiukkasten välille. Pintajännityksen suuruus liittyy nestefaasin luonteeseen, määrään ja hiukkaskokoon. Pintajännityksen vaikutuksesta hiukkaset virtaavat ja muuttavat alkuperäistä järjestelyä ja järjestävät ne uudelleen saadakseen tiiviimmän tiivistyksen vihreiden hiukkasten välille. Samaan aikaan nestefaasin läsnäolon vuoksi massansiirtoprosessi etenee nestefaasin ja kiinteän faasin rajapinnassa, pienet hiukkaset liukenevat vähitellen katoamaan ja suuret hiukkaset kasvavat jatkuvasti ja muuttuvat lopulta tasaiseksi ja tiheäksi posliiniksi. Nestefaasin läsnäolo aktivoi atomit jauhehiukkasten pinnalla. Erilaisten matalassa lämpötilassa sulavien sintrausapuaineiden muodostama matalassa lämpötilassa sulava lasifaasi jakautuu jokaisen hiukkasen kosketusrajapinnalle ja atomit kuljetetaan nestefaasidiffuusiolla ja diffuusiokerroin on suuri, joten sintrausprosessi kiihtyy suuresti ja sintrauslämpötila voidaan tehdä korkeammaksi kuin silloin, kun nestefaasia ei tapahdu. Sen vähentämiseksi nestefaasisintrauksen lisäaineina on täytettävä seuraavat kolme vaatimusta: (1) nestefaasin tulee ilmestyä sintrauslämpötilassa; (2) hyvä kostuvuus kiinteisiin aineisiin; (3) kiinteä faasi nestefaasissa. Siinä on merkittävä liukoisuus.

2 tapaa saavuttaa nestefaasisintraus

PZT-pietsosähköisen keramiikan suurin etu on, että niitä voidaan säätää monenlaisiin sähköfysikaalisiin ominaisuuksiin muuttamalla koostumusta tai muuttamalla ulkoisia olosuhteita erilaisiin tarpeisiin. Muiden aineiden käyttö PZT-keramiikan alhaisen lämpötilan sintraamiseen ei ainoastaan ​​alenna sintrauslämpötilaa, vaan myös optimoi sen sähköisiä ominaisuuksia. Lisäksi nestefaasin matalan lämpötilan sintraus voidaan toteuttaa tavanomaisella kiinteäfaasimenetelmällä, ja prosessi on yksinkertainen ja teollinen. Nestefaasisintraus suoritetaan pääasiassa kolmella tavalla: (1) kiinteä aine muodostetaan kiinteäksi liuokseksi sintratun kappaleen kanssa; (2) lisäaine muodostaa nestefaasin sintratun kappaleen kanssa (3) lisäaine muodostaa siirtymänestefaasin sintratun kappaleen kanssa.

3.1 Lisäys sintrattuun kappaleeseen kiinteän liuoksen muodostamiseksi

Kun seos on lähellä sintrausfaasin hiukkaskokoa, pietsokidemuotoa ja sähkön hintaa, se voi olla keskenään liukoista muodostaen kiinteän liuoksen, mikä aiheuttaa pääkidefaasin hilavääristymistä ja vikoja kasvaa, jolloin jotkut rakenneosat ovat epätasapainotilassa, jolla on suuri energia ja kätevä. Siirrä edistääksesi sintrausta.

2.2 Aineen lisääminen sintrattuun kappaleeseen muodostaa nestefaasin

Nestefaasisintraus johtuu lisäaineiden lisäämisestä, jotta järjestelmän eutektinen piste on alhainen. Lämpötila on huomattavasti alhaisempi kuin perinteinen sintrauslämpötila pietso pyöreä levymuunnin . Nestefaasi muodostuu sintrauksen alkuvaiheessa. Raerajaa voidaan parantaa nestefaasisintrauksessa rakeiden uudelleenjärjestelyn ja vahvistuvan kosketuksen ansiosta. Liikkuvuus on sellainen, että huokoset purkautuvat riittävästi, mikä edistää sintrauksen tiivistymistä ja saavuttaa sintrauslämpötilan alentamisen. Kuitenkin matalassa lämpötilassa sulavan lasin tai oksidin lisääminen saa aikaan toisen faasin, ja liian suuren toisen faasin läsnäolo johtaa väistämättä keramiikan dielektrisyysvakion merkittävään laskuun, ja dielektrisen häviön tan δ kasvu on huomioitava.

2. 3 Lisäys ja sintrattu kappale muodostavat siirtymävaiheen nestefaasin.

Jos pietsokeramiikka voi muodostaa nestefaasin sintrauksen alkuvaiheessa ja nestefaasin koostumus voi haihtua tai palata pääkidefaasihilaan korkeassa lämpötilassa, se voi toimia dopingmuunnoksena. Tällaiset matalan sulamispisteen lisäaineet eivät voi ainoastaan ​​vähentää suuresti sintrauslämpötilaa, vaan myös välttää sekundääristen faasien muodostumista lisäämällä juokstetta, mikä säilyttää alkuperäisen perusmateriaalin hyvät pietsosähköiset ominaisuudet, millä on suuri merkitys energiansäästön ja ympäristön saastumisen vähentämisen kannalta.