कम तापमान वाले तरल चरण सिंटरिंग पीजेडटी पीजोइलेक्ट्रिक सिरेमिक की तकनीकों में अनुसंधान और प्रगति

लेड जिरकोनेट टाइटेनेट सिरेमिक (पीजेडटी) का व्यापक रूप से उपयोग किया गया है ध्रुवीकृत पीज़ोइलेक्ट्रिक सिरेमिक ट्रांसड्यूसर । उनके उत्कृष्ट गुणों के कारण हालाँकि, पीज़ोइलेक्ट्रिक सिरेमिक में PZT होता है, जिसका सिंटरिंग तापमान लगभग 1200 डिग्री सेल्सियस होता है। लेड ऑक्साइड (PbO) का ऑक्सीकरण तापमान लगभग 800 °C होता है। इसलिए, सिंटरिंग प्रक्रिया के दौरान पीबीओ का वाष्पीकरण करना आसान है, जो न केवल पर्यावरण प्रदूषण का कारण बनता है, बल्कि सिरेमिक सामग्री की वास्तविक संरचना को डिज़ाइन किए गए फॉर्मूलेशन से विचलित कर देता है, जिसके परिणामस्वरूप विद्युत गुणों में गिरावट आती है। इसके अलावा, सरफेस माउंट टेक्नोलॉजी (एसएमटी) के विकास के साथ, मल्टी-लेयर चिप डिवाइस को उनकी उच्च दक्षता, लघुकरण और कार्यात्मक एकीकरण के लिए बाजार द्वारा पसंद किया जाता है। हालाँकि, पीज़ोइलेक्ट्रिक सिरेमिक का उच्च सिंटरिंग तापमान सिरेमिक सामग्री और इलेक्ट्रोड सामग्री की सह-फायरिंग को प्राप्त करना मुश्किल बना देता है। यदि सिंटरिंग तापमान को कम करके प्रक्रिया में सुधार किया जा सकता है, तो इसका न केवल पीबीओ अस्थिरता को दबाने में महत्वपूर्ण तकनीकी और आर्थिक मूल्य है, जो भौतिक गुणों को सुनिश्चित कर रहा है, पर्यावरण प्रदूषण को कम कर रहा है, उपकरण जीवन को बढ़ा रहा है, आदि, बल्कि एजी, नी आदि के साथ पीटी और पीडी की जगह भी ले रहा है। एक समय में मल्टीलेयर चिप पीजोइलेक्ट्रिक घटक को फायर करने के लिए महान धातु को आंतरिक इलेक्ट्रोड के रूप में उपयोग किया जाता है, जिससे डिवाइस की लागत काफी कम हो जाती है और ऊर्जा की बचत होती है। इसके अलावा, कम तापमान वाले सिंटरिंग पर गहन शोध सिंटरिंग सिद्धांत के विकास को बढ़ावा दे सकता है। वर्तमान में, सिरेमिक के सिंटरिंग तापमान को कम करने की प्रक्रिया विधियों में सिंटरिंग प्रक्रिया, मिलिंग प्रक्रिया और तरल चरण सिंटरिंग की विधि शामिल है। उनमें से, तरल चरण सिंटरिंग प्रक्रिया सबसे सरल, सबसे कम लागत वाली और औद्योगिक अनुप्रयोग के लिए सुविधाजनक है। यह तरल चरण सिंटरिंग द्वारा पीजेडटी पीजोइलेक्ट्रिक सिरेमिक के कम तापमान वाले सिंटरिंग का अध्ययन करने के लिए देश और विदेश में पीजोइलेक्ट्रिक उद्योग में हॉट स्पॉट में से एक है।

1 तरल चरण सिंटरिंग का तंत्र

PZT पीजोइलेक्ट्रिक बेस सामग्री में कम पिघलने वाली सिंटरिंग सहायता जैसे Bi2O3, B2O3, SiO2, V2O5 इत्यादि को सिंटरिंग करके, एक पदार्थ जोड़ने से PZT के साथ एक ठोस समाधान बनाने में सक्षम होता है, PZT की सिंटरिंग पीजो ट्रांसड्यूसर पीजोइलेक्ट्रिक सिरेमिक एक तरल चरण से संबंधित है। सिंटरिंग प्रक्रिया के दौरान होने वाला तरल चरण हरे शरीर के कणों को गीला कर देगा और कणों के बीच के छिद्रों को भर देगा, जिससे कणों के बीच सतह तनाव पैदा हो रहा है। सतह तनाव का परिमाण तरल चरण की प्रकृति, मात्रा और कण आकार से संबंधित है। सतह तनाव की क्रिया के तहत, कण प्रवाहित होते हैं और मूल व्यवस्था को बदलते हैं और हरे कणों के बीच एक करीबी पैकिंग प्राप्त करने के लिए उन्हें पुनर्व्यवस्थित करते हैं। साथ ही, तरल चरण की उपस्थिति के कारण, द्रव्यमान स्थानांतरण प्रक्रिया तरल चरण और ठोस चरण के बीच इंटरफेस पर आगे बढ़ेगी, छोटे कण धीरे-धीरे गायब हो जाते हैं, और बड़े कण लगातार बढ़ते हैं और अंततः एक समान और घने चीनी मिट्टी के बरतन बन जाते हैं। तरल चरण की उपस्थिति पाउडर कणों की सतह पर परमाणुओं को सक्रिय करती है। विभिन्न कम पिघलने वाले सिंटरिंग उपकरणों द्वारा गठित कम पिघलने वाले ग्लास चरण को प्रत्येक कण के संपर्क इंटरफेस के साथ वितरित किया जाता है, और परमाणुओं को तरल चरण प्रसार द्वारा ले जाया जाता है, और प्रसार गुणांक बड़ा होता है, ताकि सिंटरिंग प्रक्रिया बहुत तेज हो जाए, और जब तरल चरण नहीं होता है तो सिंटरिंग तापमान को बड़ा बनाया जा सकता है। इसे कम करने के लिए तरल चरण सिंटरिंग के लिए एडिटिव्स के रूप में निम्नलिखित तीन आवश्यकताओं को पूरा किया जाना चाहिए: (1) तरल चरण सिंटरिंग तापमान पर दिखाई देना चाहिए; (2) ठोस पदार्थों के प्रति अच्छी घुलनशीलता; (3) द्रव अवस्था में ठोस अवस्था। इसमें उल्लेखनीय घुलनशीलता होती है।

तरल चरण सिंटरिंग प्राप्त करने के 2 तरीके

पीजेडटी पीज़ोइलेक्ट्रिक सिरेमिक का सबसे बड़ा लाभ यह है कि उन्हें विभिन्न आवश्यकताओं के अनुरूप संरचना को बदलकर या बाहरी स्थितियों को बदलकर इलेक्ट्रोफिजिकल गुणों की एक विस्तृत श्रृंखला में समायोजित किया जा सकता है। पीजेडटी सिरेमिक की कम तापमान वाली सिंटरिंग प्राप्त करने के लिए अन्य पदार्थों का उपयोग न केवल सिंटरिंग तापमान को कम करता है, बल्कि इसके विद्युत गुणों को भी अनुकूलित करता है। इसके अलावा, तरल चरण कम तापमान वाले सिंटरिंग को पारंपरिक ठोस चरण विधि द्वारा महसूस किया जा सकता है, और यह प्रक्रिया सरल और औद्योगिकीकृत है। तरल चरण सिंटरिंग मुख्य रूप से तीन तरीकों से की जाती है: (1) ठोस पदार्थ को सिंटर बॉडी के साथ एक ठोस घोल में बनाया जाता है; (2) योज्य, पापयुक्त पिंड के साथ एक तरल चरण बनाता है (3) योज्य, पापित पिंड के साथ एक संक्रमण द्रव चरण बनाता है।

3.1 एक ठोस घोल बनाने के लिए सिंटेड बॉडी को जोड़ना

जब मिश्रण कण आकार, पीजो क्रिस्टल रूप और सिंटरिंग चरण की बिजली की कीमत के करीब होता है, तो यह एक ठोस समाधान बनाने के लिए पारस्परिक रूप से घुलनशील हो सकता है, जिससे मुख्य क्रिस्टल चरण जाली-विकृत हो जाता है, और दोष बढ़ जाते हैं, जिससे कुछ संरचनात्मक तत्व गैर-संतुलन स्थिति में होते हैं, जिसमें बड़ी ऊर्जा होती है और यह सुविधाजनक है। सिंटरिंग को बढ़ावा देने के लिए आगे बढ़ें।

2.2 पापयुक्त शरीर में पदार्थ के जुड़ने से एक तरल चरण बनता है

तरल चरण सिंटरिंग सिस्टम को कम यूटेक्टिक बिंदु बनाने के लिए एडिटिव्स को जोड़ने के कारण होती है। तापमान पारंपरिक सिंटरिंग तापमान से काफी कम है पीजो राउंड डिस्क ट्रांसड्यूसर । सिंटरिंग के प्रारंभिक चरण में तरल चरण का निर्माण होता है। अनाज पुनर्व्यवस्था और तरल चरण सिंटरिंग में संपर्क को मजबूत करने के कारण अनाज सीमा को बढ़ाया जा सकता है। गतिशीलता ऐसी है कि छिद्र पर्याप्त रूप से डिस्चार्ज हो जाते हैं, जिससे सिंटरिंग के घनत्व को बढ़ावा मिलता है और सिंटरिंग तापमान को कम करने का उद्देश्य प्राप्त होता है। हालाँकि, कम पिघलने वाले ग्लास या ऑक्साइड को जोड़ने से दूसरा चरण शुरू होता है, और बहुत अधिक दूसरे चरण की उपस्थिति अनिवार्य रूप से सिरेमिक के ढांकता हुआ स्थिरांक में महत्वपूर्ण कमी की ओर ले जाती है, और ढांकता हुआ नुकसान टैन δ में वृद्धि पर ध्यान दिया जाना चाहिए।

2.3 जोड़ और पापयुक्त शरीर एक संक्रमणकालीन तरल चरण बनाते हैं।

यदि पीजो सिरेमिक सिंटरिंग के प्रारंभिक चरण में एक तरल चरण बना सकता है, और तरल चरण की संरचना उच्च तापमान पर मुख्य क्रिस्टल चरण जाली में अस्थिर या फिर से प्रवेश कर सकती है, तो यह डोपिंग संशोधन के रूप में कार्य कर सकता है। इस तरह के कम पिघलने बिंदु वाले योजक न केवल सिंटरिंग तापमान को काफी कम कर सकते हैं, बल्कि फ्लक्स के अतिरिक्त माध्यमिक चरणों के गठन से भी बच सकते हैं, जिससे मूल आधार सामग्री के अच्छे पीजोइलेक्ट्रिक गुणों को बनाए रखा जा सकता है, जो ऊर्जा की बचत और पर्यावरण प्रदूषण में कमी के लिए बहुत महत्वपूर्ण है।