Language
Katselukerrat: 12 Tekijä: Site Editor Julkaisuaika: 2019-10-29 Alkuperä: Sivusto
PZT-pietsosähköisellä keramiikalla on korkea curie-lämpötila, vahva pietsosähköisyys, helppo doping-muokkaus ja hyvä stabiilisuus. 1960-luvulta lähtien se on ollut huomion ja tutkimuksen kuuma paikka, ja se on hallinnut pietsosähköisen keramiikan alaa. PZT-pietsosähköisen keramiikan valmistusprosessin kannalta Pzt-jauhesynteesillä ja tiivistyssintrauksella on suurin vaikutus PzT-tuotteiden laatuun. PzT-hienojauheen etuna on hieno hiukkaskoko, suuri ominaispinta-ala ja korkea reaktiivisuus, mikä voi alentaa sintrauslämpötilaa, vähentää lyijyn haihtumista, varmistaa tarkan stoikiometrian ja parantaa PZT-tuotteiden suorituskykyä. Siksi erittäin hienon PZT-jauheen valmistus on tullut vedenalainen pietsoputki . Sähkökeraamisen tutkimuksen painopiste. Viime vuosina on kehitetty monia uusia menetelmiä ultrahienon PZT-jauheen valmistuksen tutkimiseen. Kiinteäfaasimenetelmä sisältää perinteisen faasifaasimenetelmän lisäksi mikroaaltosäteilymenetelmän, mekaanisen kemiallisen menetelmän portin ja reaktiosintrausmenetelmän. Nestefaasimenetelmän etuna on alhainen synteesilämpötila, yksinkertainen laitteisto, helppokäyttöisyys, alhaiset kustannukset jne., ja sitä on käytetty PZT-jauheen valmistukseen, kuten sooli-geelimenetelmä, hydroterminen menetelmä, saostusmenetelmä'. PZT-pietsosähköisen keramiikan valmistuksessa ja suorituskyvyssä on kuitenkin edelleen monia puutteita, mukaan lukien edellä mainitut jauheen agglomeroitumisen ja ikääntymisen helpot ominaisuudet, ongelmat. Näiden ongelmien ratkaisemisen tutkimuksen edistymistä käsitellään seuraavasti ja esitetään joitakin ehdotuksia Pzt-pietsosähköisen keramiikan kehittämiseksi.
1 jauhekasauma
Jauheagglomeraatio sisältää yleensä pehmeän agglomeraation ja kovan agglomeraation. Pehmeä agglomeraatio muodostuu van der Waalsin voiman, sähköstaattisen vetovoiman ja hiukkasten välisen kapillaarivoiman lisääntymisestä ja vuorovaikutuksesta, kun jauhehiukkasten koko pienenee; kova agglomeroituminen johtuu ryhmien välisestä kemiallisesti sitoutuneesta sidoksesta. Vaikutus muodostaa sillan muodostavan happisidoksen, ja hiukkasten välinen siltahappiketju vuorovaikuttaa muodostaen. Agglomeraatioongelma on tärkein tekijä, joka vaikuttaa erittäin hienon PzT-jauheen erinomaiseen suorituskykyyn, ja se vaikuttaa myös suuresti PZT-tuotteiden laatuun. Tämä johtuu siitä, että PZT-materiaalit ovat toiminnallisia materiaaleja. Synteettisten jauheiden perusvaatimukset ovat korkea puhtaus, ultrahieno, tasainen hiukkaskokojakauma, hyvä dispersio, stoikiometrinen tarkkuus ja tasainen seostus. Lisäksi. Agglomeraatioiden esiintyminen PZT-pietsokeraamiputkien vismuttisynteesissä johtaa bulkkitiheyden laskuun ja epätasaiseen morfologiaan ja aiheuttaa suuren määrän huokosia, mikä johtaa epätasaiseen mikrorakenteeseen, mikä vaikuttaa vakavasti sintratun kappaleen tiheyteen ja voi myös johtaa toiseen sintrausprosessiin. Toissijainen uudelleenkiteytyminen, mikä vähentää PZT-tuotteen pietsosähköisiä ja lämpösähköisiä ominaisuuksia. Siksi agglomeroitumisen vähentäminen tai välttäminen ultrahienon PzT-jauheen synteesissä on edellytys korkean suorituskyvyn PZT-pietsosähköisen keramiikan valmistamiselle. Agglomeraatio PZT-jauheen valmistuksessa sisältää kaksi pehmeän ja kovan agglomeraation muotoa. Agglomeraatiomekanismi on myös erilainen eri jauheen valmistusmenetelmissä. Perinteiselle kiinteäfaasimenetelmälle PZT-jauheen syntetisoimiseksi on tunnusomaista toistuva kuulajauhatus ja korkea kalsinointilämpötila. Toistuva kuulajyrsintä ei ainoastaan aiheuta epäpuhtauksia, vaan myös liiallinen jauhatus johtaa agglomeraatioiden muodostumiseen. Erityisesti mekaaninen kemiallinen menetelmä, joka on kehitetty pääasiassa hyödyntää mekaanista energiaa, täydentää PZT-vaihesynteesin, ja palloaika on yhtä pitkä kuin taivas. On helpompi lisätä epäpuhtauksia ja aiheuttaa jauheen agglomeroitumista. Liiallinen kalsinointilämpötila voi myös aiheuttaa jauheen agglomeroitumista. Nestefaasimenetelmää käytetään PZT-jauheen syntetisoimiseen. Koska kiinteän faasin hiukkasia muodostuu nestefaasissa, ne yleensä nukleoituvat, kasvavat, sulautuvat yhteen ja agglomeroituvat. Siksi agglomeroitunut rakenne voi muodostua, kun se on nestefaasissa muodostunut kiinteän faasin hiukkanen. Brownian liikkeen vuoksi hiukkaset ovat lähellä toisiaan. Kun kineettinen energia hiukkasten välillä on suurempi kuin agglomeraatin muodostava este, liikkeen vaikutuksesta herkkien hiukkasten välillä ne yhdistävät toisensa. Toiseksi kiinteä-neste-erotusprosessissa, jossa nestefaasin viimeinen osa eliminoidaan, kiinteän faasin hiukkaset tuodaan lähelle toisiaan pintajännityksen vuoksi. Erityisesti PZT-jauheen synteesi veden kanssa liuottimena. Lopulta hiukkasten väliin jäävät vesijäämät sitovat hiukkaset ja hiukkaset tiiviisti yhteen vedyn avulla. Lisäksi valmistettu PZT-jauheprekursori kalsinoidaan yleensä 500 - 700 ° C:ssa, mikä voi myös aiheuttaa jauheen agglomeroitumista ja voi myös saada muodostuneet agglomeraatit pahentamaan agglomeroituneiden rakenteiden muodostumista paikallisen sintraamisen vuoksi. Voidaan nähdä, että P ZT -jauhe valmistetaan yhteissaostusmenetelmällä. Jokainen yhteissaostuksen vaihe, raekasvusta huuhteluun, kuivaamiseen ja sakan kalsinointiin voi johtaa hiukkasten kasvuun ja agglomeraattien muodostumiseen. Agglomeraation muodostumisen mukaan hiukkasten kasvun ja agglomeroitumisen vähentämistä tai välttämistä ultrahienon PZT-jauheen valmistuksessa voidaan harkita seuraavista näkökohdista: yksi on ytimien muodostumisen ja kasvuprosessin erottaminen, ytimien muodostumisen edistäminen, kasvun hallinta; varmistaa suuren ydintymisnopeuden kymmenen kasvunopeutta, toisin sanoen sen varmistamiseksi, että PZT-jauheen esiaste syntyy suuressa alijäähdytysasteessa tai korkeassa ylikyllästysasteessa. Toinen on PZT-jauheen agglomeroitumisen estäminen. Tämä sisältää kuinka estää agglomeroitumisen muodostuminen jauheen valmistuksen aikana ja kuinka agglomeroituminen eliminoidaan agglomeroinnin jälkeen. Menetelmä agglomeroitumisen estämiseksi jauheen valmistuksen aikana sisältää: (1) kohtuullisten reaktio-olosuhteiden (kuten PH-arvon, reaktiopitoisuuden ja lämpötilan) valitsemisen; (2) erikoiskäsittely jauhesynteesin tai kuivauksen aikana; jauhesynteesiprosessin pinta-aktiivinen aine lisätään ja suodatetaan orgaanisella liuottimella, ja pinta-aktiivisen aineen pintajännitys on alhainen. Siksi voidaan saada jauheesiaste, jolla on kevyempi agglomeroitumisaste; kuivausprosessissa otetaan käyttöön erityinen kuivausprosessi, pääasiassa pakastekuivaus, ylikriittinen kuivaus ja infrapunakuivaus jne. Perusperiaatteena on poistaa kaasu-neste, jolla on suuri pintajännitys. Rajapinta tai hiukkaset ovat kiinteät eivätkä voi olla lähellä toisiaan. Esimerkiksi lyofilisoinnissa käytetään matalaa lämpötilaa ja alipainetta jäädytetyn raakanesteväliaineen sublimoimiseksi kiinteään faasiin alipaineessa, koska kiinteän faasin hiukkaset jäätyvät raa'assa nestemäisessä väliaineessa. Eikä hiukkasten välisessä kapillaarissa ole kaasu-neste-rajapintaa, jolla on suuri pintajännitys, jolloin vältytään nestesillan aiheuttamasta vakavasta agglomeraatiosta.
(3) Valitse parhaat kalsinointiolosuhteet tai käytä erikoisprosesseja, kuten mikroaaltolämmityksen käyttö ilman lämmönsiirtoa, korkea energiatehokkuus ja muut ominaisuudet korvaamaan perinteinen korkean lämpötilan sähköuuni, 600 °C:ssa. c. Saatiin yksikomponenttinen PZT-jauhe. Menetelmiä agglomeraation poistamiseksi agglomeraattien muodostumisen jälkeen ovat saostus tai sedimentaatio, jauhatus ja ultraäänikäsittely, dispergointiaineen lisääminen ja vastaavat. Esimerkiksi Wang Xicheng ' käyttää metallialkoksidia ja nitraattia raaka-aineina, valvoo tiukasti yhteissaostumisen muodostumista, pesua ja dispersion valintaolosuhteita, ottaa käyttöön pakastekuivaustekniikan ja käy sitten läpi kohtuullisen kalsinointiprosessin muodostaakseen tasaisen koostumuksen ilman kovaa agglomeraatiota. Runko, yksi perovskiittifaasi, korkea mikrosintrattumisaktiivisuus (P2/4z) mikrojauhe muodostetaan kylmä-isostaattisella puristustekniikalla (cIP), tiivistyssintraus voidaan saavuttaa 800 ° C: ssa ja sen suhteellinen tiheys saavutetaan.
Stökiömetrisen stoikiometrian vaikutus PZT-tuotteiden laatuun sisältää pääasiassa z-näkökohtia: Ensinnäkin PZT-pietsosähköisen keramiikan sintrausprosessin aikana tapahtuva lyijyn haihtuminen aiheuttaa sen, että komponentit poikkeavat tarkasta stoikiometriasta ja tuotteiden suorituskyky heikkenee; toisaalta komponenttien zr/. Ti:n vaihtelu vaikuttaa PzT-tuotteen suorituskyvyn vakauteen. Lyijyn haihtumisen katsotaan yleensä johtuvan PZT-pietsosähköisen keramiikan korkeasta sintrauslämpötilasta. Lyijyoksidilla on suhteellisen korkea kylläisen höyryn paine korkeassa lämpötilassa, mikä johtaa lyijyn haihtumiseen. Mitä korkeampi on kylläisen höyryn paine, sitä helpommin lyijy haihtuu, ja zr /Ti:n kasvaessa PZT-pietsosähköisen keramiikan sintrauslämpötila nousee ja lyijyoksidin kylläisen höyryn paine kasvaa vähitellen. Lyijyhäviö tulee vakavammaksi, joten korkea zr/Ti PzT pietsosähköinen keramiikka on vaikeampi sintrata, ja liian alhainen hapen osapaine sintrauksen aikana johtaa lyijyn haihtumiseen. Tavanomaisella kiinteäfaasimenetelmällä valmistetun PZT-materiaalin sintrauslämpötila on yleensä 1 200 °C synteettisen jauheen alhaisesta aktiivisuudesta johtuen. On helppo aiheuttaa suuri määrä lyijyn haihtumista, tuotteen suorituskyky ei ole korkea, joten PZT-tuotteiden kiinteän faasin menetelmä on vaikea täyttää sovellusalan korkeat suorituskykyvaatimukset. Tällä hetkellä materiaalitutkijoiden kotimaassa ja ulkomailla tekemät tärkeimmät toimenpiteet lyijyn haihtumista varten ovat seuraavat: Ensinnäkin jauhesynteesiin lisätään liikaa lyijyä. Ylimääräinen lyijy lisätään. Sintrauksen alkuvaiheessa voidaan nestefaasin muodostumisen ansiosta lisätä reagoivien aineiden kosketusaluetta, kiihdyttää zirkoniumin, titaanin ja lisäaineiden diffuusionopeutta ja parantaa tuotteen tasaisuutta; muodostunut nestefaasi voi myös nopeuttaa liukenemisen ja saostumisen diffuusioliikettä, mikä edistää hiukkasten uudelleenjärjestelyä ja tiivistä pakkaamista, nopeuttaa tuotteen tiivistymistä. Kuitenkin, kun lisättyä lyijyä on liikaa, ylimääräinen lyijy kertyy toisaalta kiteen päälle, mikä heikentää tuotteen suorituskykyä. Toisaalta se aiheuttaa helposti titaanin paikallisen pitoisuuden PzT-komponentissa liian suureksi ja liukoisuus nestefaasiin lyijyoksidiin on suuri kuiva zrOz. Liukoisuus, mikä johtaa korkeaan paikalliseen titaanipitoisuuteen PZT-tuotteessa sintrauksen jälkeen, erityisesti raerajalla. Tämä vaikuttaa tuotteen mikrorakenteen yhtenäisyyteen ja heikentää tuotteen suorituskykyä. Ylimääräisen lyijyn lisääminen vaikuttaa PZT:n pietsosähköisten keraamisten komponenttien mekaanisiin ominaisuuksiin: kun tuotteessa on liikaa lyijyä, murtumistila on transgranulaarinen murtuma. Toiseksi tuotteen sintrausprosessissa lyijyn haihtumismekanismin mukaisesti otetaan käyttöön kohtuullinen sintrausjärjestelmä ja erityistoimenpiteet. Sitä käytetään laajasti sintrausatmosfäärilevyn ja kaksikerroksisen vismuttitekniikan lisäämiseen sintraamiseen ja sintrausilmakehän ohjaamiseen hapettavaksi atmosfääriksi. Tämä vähentää lyijyn haihtumista ja estää tuotteen mustumisen. Pelkistävässä atmosfäärissä Ti pelkistyy helposti T1 ̈:ksi tuotteen tummenemiseksi.
Kolmas on lisätä sopiva määrä lisäaineita. Doping vähentää lyijyn haihtumista ja toisaalta parantaa PzT-tuotteen suorituskykyä. Neljäs on tutkia edelleen korkea-aktiivisen PZT-jauheen synteesiä, jotta PZT-pietsosähköistä keramiikkaa voidaan tiivistää ja sintrata lyijyä alhaisemmassa lämpötilassa. Lisäksi lyijyn haihtumismekanismia on edelleen tutkittava. Lyijyoksidin haihtumislämpötila PzT-jauheen hydrotermisessä synteesissä on 924,71. c, ja hiukkasten välinen reaktiolämpötila ̈ . Kiinteän faasin synteesi P välinen reaktiolämpötila 26 ° ZT -jauhepartikkelien C:ssa oli 47. c. Lyijyoksidin hapetuslämpötila on 29 ° C; P ZT -järjestelmän alin eutektinen lämpötila on 838. c. Voidaan nähdä, että kohtuulliset prosessitoimenpiteet on toteutettava lyijyn haihtumismekanismin ja PZT-jauheen valmistusmenetelmän mukaisesti lyijyn haihtumisen vähentämiseksi ja PZT-tuotteiden suorituskyvyn parantamiseksi.
5 Doping
Tutkimukset ovat osoittaneet, että PZT-tuotteen suorituskyky liittyy läheisesti toisiinsa. Tällä hetkellä PZT-materiaalien tutkimuksessa zr/Ti on pääasiassa keskittynyt alueelle 53/47 ja 95/5. Pelkästään eri zr/T- luottaminen PZT-tuotteiden suorituskyvyn parantamiseksi ei kuitenkaan voi täyttää PZT-tuotteiden vaatimuksia eri aloilla. Tuotteita on myös tarpeen parantaa valitsemalla sopiva määrä seostusaineita zr/Tl:n perusteella. samalla kun se vähentää zr/Ti:n vaihteluiden vaikutusta pzt-tuotteiden suorituskyvyn vakauteen. Lisäaine voi olla molemminpuolisesti liukeneva pääkidehilassa ja saostua raerajalla toisen faasin muodossa. Kun se on molemminpuolisesti liukeneva, voidaan pääkiteisen faasin suorituskykyä tai rakennetta muuttaa lisäyksen määrän mukaan; kun se ei liukene keskenään. Toisena vaiheena vaikutetaan raerajaan, mikä vaikuttaa kiderakeiden väliseen sidosvoimaan tai raerajaominaisuuteen. Dopingin tärkeimpiä vaikutuksia ovat tyhjien työpaikkojen muodostuminen, viljan kasvun estyminen, naudan nestefaasin muodostuminen ja sintrauslämpötila-alueen laajentaminen. Samanaikaisesti se voidaan jakaa PZT-pietsosähköisessä keramiikassa lisättävän aineen roolin mukaan kolmeen tyyppiin: luovuttajadoping, akseptoridoping ja muuttuvan ionisen yhdisteen doping. PZT-pietsosähköisen keramiikan dopingmodifikaatiotutkimuksessa on tutkittu suuria määriä La:ta, Mn2- ja Nb:tä. Seostettujen Nbzo-yhdisteiden vaikutusta kiinteäfaasimenetelmällä valmistettuun PzT65/35-materiaaliin tutkittiin. Todettiin, että niobin lisääminen edisti merkittävästi tiivistymistä ja sintraamista ja esti niobin kasvua Nb0:n aiheuttaman niobinpitoisuuden lisääntyessä. Oktaedrisen sähköstaattisen vaikutuksen vahvistuminen aiheuttaa PzT:n romboidisen yksikkökennon jännityksen. Yksikkökenno pyrkii venymään pinnalta, mikä tekee tuotteesta helposti polarisoituvan ja parantaa myös sen ikääntymistä estävää ominaisuutta. PZT-materiaalin 'liukoisuus' raja on 7 mooliprosenttia. Kun määrä on pienempi kuin 7. alumiini ja perovskiitin kidehila ovat täysin keskenään liukoisia. Tässä vaiheessa tuote on täysin perovskiittivaiheessa. Sillä on luovuttajan epäpuhtausominaisuuksia; kun ruteenia lisätään yli 7 mol, ylimäärä ruteenia reagoi lyijyn tai titaanin kanssa, mikä johtaa toisen faasin, kuten fluoriittifaasin, muodostumiseen, mikä vähentää tuotteen dielektrisiä ja pietsosähköisiä ominaisuuksia. Vaikutus PZT-materiaalien mikrorakenteeseen ja pietsosähköisiin ominaisuuksiin sekä mangaanin valenssitilaan PZT-materiaaleissa määritettiin EsR:llä. Tulokset osoittavat, että mangaanin liukoisuus Pz-butyylimateriaaleihin on pääasiassa Mn:n ja Mn5+:n muodossa. 1,5nlol', kun mangaanipitoisuus
4. Ikääntyminen
Ikääntyminen viittaa ominaisuuteen, että PZT-tuotteiden sähköiset suorituskykyparametrit muuttuvat ajan myötä. Tiedämme, että PZT-pietsosähköinen keramiikka kuuluu ABO:lle. Perovskiittirakenne käsittää kolme kidefaasia: kuutio, tetragonaalinen ja romboedri. Zr/T1:n mukaan voidaan tuottaa erilaisia kidefaaseja, ja aktivoitu kationi on tyypin A ioni. Curie-lämpötilan alapuolella A- tai B-tyypin ionit tulevat tiettyyn paikkaan tuottaen spontaania polarisaatiota ja muodostaen domeeneja, mutta vierekkäisten domeenien välinen kulma voi olla vain 90 tai 180. Tämä johtuu joko Ferrosähköisen alueen rakenteen spontaani polarisaatio mahdollistaa sen, että ferroelektrisen protoakselin polarisaatiorakenteen orientaatio vastaa polarisaatiotyypin akselia. ferrosähköinen runko. Samaan aikaan ferrosähköistä domeenirakennetta rajoittaa myös kiteen spontaani jännitys. Vaiheen on varmistettava, että alueen seinämien vierekkäisten domeenien synnyttämä spontaani jännitys voi olla yhteensopiva, joten F:n vierekkäisten domeenien kulma voi olla vain 90 tai 180. Samalla sintrattujen pietsokeramiikan tuotteiden tulee olla voimakkaassa tasavirrassa. Kentän vaikutuksesta jokaisen domeenin spontaani polarisaatio pakotetaan kohdakkain, mikä synnyttää jäännöspolarisaation, eli osoittaa pietsosähköistä vaikutusta. Polarisoitu PZT pietsosähköinen keraaminen levy pakotetaan jahtaamaan solunsisäistä häiriötä polarisaatiosähkökentän vuoksi. Yksikkösolun 90 löysä- ja 180. alueen ohjauksen, järjestyksen ja spontaanin polarisaatioakselin järjestely on hieman pidempi kuin ei-spontaani polarisaatioakseli, ja venymä synnyttää hyvin suuren sisäisen jännityksen kääntyessä. Ulkoisen sähkökentän poistamisen jälkeen tämä sisäinen jännitys aiheuttaa yksikkökennon sisäisen epätasapainon. ja varastoida enemmän sisäistä energiaa, mikä johtaa 90:een, joka on käännetty. Uusi alue palautetaan epäjärjestyneeseen järjestelyyn ennen polarisaatiota sisäisen jännityksen asteittain vapauttamiseksi. Siksi jäännöspolarisaatio liittyy näihin . Häiritsevät ja asteittain pienenevät dielektriset ja pietsosähköiset parametrit muuttuvat vastaavasti. Voidaan nähdä, että uusien domeenien häiriö on ikääntymismekanismin juuri. Vanhenemislakeja ovat yleensä lineaariset, epälineaariset ja asteittaiset. Läheslineaarisia on kolmenlaisia. PZT-tuotteiden ikääntymiseen vaikuttavia tekijöitä ovat ulkoiset ja sisäiset tekijät. Ulkoiset tekijät liittyvät käyttöympäristöön. Sisäiset tekijät, kuten lämpötila ja kosteus, liittyvät läheisesti alueen rakenteeseen ja alueen liikkeeseen, mikä johtuu suuresta sähkökentästä. Polarisaatioinversioprosessi saatetaan päätökseen alueen seinien liikkeellä ja uusien verkkoalueen seinien synnyttämisellä ja liikkeellä. Domeenirakenne liittyy läheisesti mikrorakenteeseen sintrauksen jälkeen, kuten raekoko, raeraja jne. Kun raekoko on pieni. Kun domeenin seinämän koko on samanlainen, ferroelektrisen domeenin rakenteen kehittyminen ja domeenin seinämän liikkuminen estyvät. Tarkemmin sanottuna raekoon kasvaessa raerajatilavuusosuus pienenee ja raerajan ja domeenin seinämän välinen kytkentä vähenee. Alueen orientaatio on vaikeampaa, ja alueen seinämän liike vaimenee voimakkaasti, joten jäännöspolarisaatio ja dielektrisyysvakio kasvavat raekoon kasvaessa ja koersitiivikentän voimakkuus pienenee. Myös raeraajan paksuus ja ominaisuudet vaikuttavat alueen rakenteeseen. Raeraja on suotuisa alueen kehittymiselle raerajan yli ja parantaa tuotteen pietsosähköisyyttä.
