Language
Dilihat: 12 Penulis: Editor Situs Waktu Publikasi: 29-10-2019 Asal: Lokasi
Keramik piezoelektrik PZT memiliki karakteristik suhu curie yang tinggi, piezoelektrik yang kuat, modifikasi doping yang mudah, dan stabilitas yang baik. Sejak tahun 1960an, keramik ini telah menjadi pusat perhatian dan penelitian, dan mendominasi bidang keramik piezoelektrik. Dalam proses preparasi keramik piezoelektrik PZT, sintesis serbuk Pzt dan sintering densifikasi mempunyai pengaruh paling besar terhadap kualitas produk PzT. Bubuk ultrafine PzT memiliki keunggulan ukuran partikel halus, luas permukaan spesifik yang besar dan reaktivitas yang tinggi, yang dapat menurunkan suhu sintering, mengurangi volatilisasi timbal, memastikan stoikiometri yang akurat, dan meningkatkan kinerja produk PZT. Oleh karena itu, sediaan bubuk PZT ultrafine telah menjadi tabung piezo bawah air . Fokus penelitian keramik listrik. Dalam beberapa tahun terakhir, banyak metode baru telah dikembangkan untuk studi pembuatan bubuk PZT ultrafine. Selain metode fase-fase tradisional, metode fase padat mencakup metode radiasi gelombang mikro, metode kimia mekanis port, dan metode sintering reaksi. Metode fase cair memiliki keunggulan suhu sintesis yang rendah, peralatan sederhana, pengoperasian yang mudah, biaya rendah, dll., dan telah digunakan untuk pembuatan bubuk PZT, seperti metode sol-gel, metode hidrotermal, metode pengendapan. Namun, masih banyak kekurangan dalam persiapan dan kinerja keramik piezoelektrik PZT, termasuk aglomerasi bubuk, stoikiometri dan sifat produk yang mudah menua. Alasan masalah di atas dan kemajuan penelitian untuk memecahkan masalah ini dibahas sebagai berikut, dan beberapa saran untuk pengembangan keramik piezoelektrik Pzt dikemukakan.
1 aglomerasi bubuk
Aglomerasi serbuk umumnya meliputi aglomerasi lunak dan aglomerasi keras. Aglomerasi lunak terbentuk oleh peningkatan dan interaksi gaya van der Waals, tarikan elektrostatis, dan gaya kapiler antar partikel seiring dengan berkurangnya ukuran partikel bubuk; aglomerasi keras disebabkan oleh ikatan kimia antar kelompok. Tindakan tersebut membentuk ikatan oksigen penghubung, dan rantai oksigen penghubung antar partikel berinteraksi membentuk. Masalah aglomerasi merupakan faktor terpenting yang mempengaruhi kinerja luar biasa dari bubuk PzT ultrafine, dan juga sangat mempengaruhi kualitas produk PZT. Hal ini dikarenakan material PZT merupakan material fungsional. Persyaratan dasar serbuk sintetik adalah kemurnian tinggi, ultrahalus, distribusi ukuran partikel seragam, dispersi yang baik, akurasi stoikiometri, dan doping seragam. Selain itu. Terjadinya aglomerasi pada sintesis bismut pipa keramik piezo PZT akan menyebabkan penurunan densitas curah dan morfologi yang tidak merata, serta akan menimbulkan pori-pori dalam jumlah besar yang mengakibatkan struktur mikro tidak rata, sehingga sangat mempengaruhi kepadatan badan sinter, dan juga dapat menyebabkan proses sintering kedua. Rekristalisasi sekunder sehingga menurunkan sifat piezoelektrik dan termoelektrik artikel PZT. Oleh karena itu, mengurangi atau menghindari aglomerasi dalam sintesis bubuk PzT ultrahalus merupakan prasyarat untuk pembuatan keramik piezoelektrik PZT kinerja tinggi. Aglomerasi pada pembuatan serbuk PZT meliputi dua bentuk aglomerasi lunak dan keras. Mekanisme aglomerasi juga berbeda untuk metode pembuatan bubuk yang berbeda. Metode fase padat tradisional untuk mensintesis bubuk PZT ditandai dengan penggilingan bola berulang dan suhu kalsinasi tinggi. Penggilingan bola yang berulang tidak hanya menimbulkan kotoran, tetapi juga penggilingan yang berlebihan menyebabkan pembentukan aglomerasi. Secara khusus, metode mekanokimia yang dikembangkan terutama menggunakan energi mekanik untuk melengkapi sintesis fase PZT, dan waktu bola sepanjang langit. Lebih mudah untuk memasukkan kotoran dan menyebabkan aglomerasi bubuk. Suhu kalsinasi yang berlebihan juga dapat menyebabkan aglomerasi serbuk. Metode fase cair digunakan untuk mensintesis bubuk PZT. Karena partikel fase padat terbentuk dalam fase cair, partikel tersebut umumnya mengalami nukleasi, pertumbuhan, penggabungan, dan aglomerasi. Oleh karena itu, struktur yang diaglomerasi dapat terbentuk jika partikel fase padat terbentuk dalam fase cair. Karena gerak brown, partikel-partikel tersebut saling berdekatan. Ketika energi kinetik antar partikel lebih besar dari penghalang yang membentuk aglomerat, maka partikel-partikel halus di bawah aksi gerakan akan bersatu kembali. Kedua, pada proses pemisahan padat-cair, dengan hilangnya bagian terakhir fasa cair, partikel-partikel fasa padat saling mendekat karena adanya tegangan permukaan. Khususnya sintesis serbuk PZT dengan air sebagai pelarut. Jejak air yang pada akhirnya tertinggal di antara partikel-partikel akan mengikat partikel-partikel tersebut erat-erat oleh hidrogen. Selain itu, prekursor bubuk PZT yang dibuat umumnya dikalsinasi pada suhu 500 hingga 700° C, yang juga dapat menyebabkan aglomerasi bubuk, dan juga dapat menyebabkan aglomerat yang terbentuk memperburuk pembentukan struktur aglomerasi akibat sintering lokal. Terlihat bahwa serbuk P ZT dibuat dengan metode kopresipitasi. Setiap tahap kopresipitasi, pertumbuhan butiran hingga pembilasan, pengeringan, dan kalsinasi endapan dapat mengakibatkan pertumbuhan partikel dan pembentukan aglomerat. Menurut pembentukan aglomerasi, mengurangi atau menghindari pertumbuhan partikel dan aglomerasi dalam pembuatan bubuk PZT ultrahalus dapat dipertimbangkan dari aspek berikut: satu adalah pemisahan nukleasi dan proses pertumbuhan, mendorong nukleasi, mengendalikan pertumbuhan; memastikan tingkat nukleasi yang besar sepuluh tingkat pertumbuhan, yaitu, untuk memastikan bahwa prekursor bubuk PZT dihasilkan di bawah pendinginan super tingkat tinggi atau supersaturasi tinggi. Yang kedua adalah pencegahan aglomerasi serbuk PZT. Hal ini mencakup cara menghambat pembentukan aglomerasi selama pembuatan bubuk dan cara menghilangkan aglomerasi setelah aglomerasi. Metode untuk menghambat aglomerasi selama pembuatan bubuk meliputi: (1) memilih kondisi reaksi yang wajar (seperti nilai PH, konsentrasi reaksi dan suhu, ); (2) perlakuan khusus selama sintesis atau pengeringan bubuk; termasuk proses sintesis bubuk surfaktan ditambahkan dan disaring dengan pelarut organik, dan tegangan permukaan surfaktan rendah. Oleh karena itu, prekursor bubuk dengan tingkat aglomerasi yang lebih ringan dapat diperoleh; proses pengeringan khusus diadopsi dalam proses pengeringan, terutama pengeringan beku, pengeringan superkritis, dan pengeringan inframerah jauh, dll. Prinsip dasarnya adalah menghilangkan gas-cair dengan tegangan permukaan yang besar. Antarmuka, atau partikelnya tetap dan tidak boleh berdekatan satu sama lain. Misalnya, liofilisasi adalah menggunakan suhu rendah dan tekanan negatif untuk menyublimkan media cair mentah yang dibekukan menjadi fase padat di bawah tekanan negatif, karena partikel fase padat dibekukan dalam media cair mentah. Dan tidak terdapat antarmuka gas-cair dengan tegangan permukaan yang besar di kapiler antar partikel, sehingga menghindari masalah aglomerasi parah yang disebabkan oleh jembatan cair.
(3) Pilih kondisi kalsinasi terbaik atau gunakan proses khusus, seperti penggunaan pemanasan gelombang mikro tanpa perpindahan panas, efisiensi energi tinggi, dan karakteristik lainnya untuk menggantikan tungku listrik suhu tinggi tradisional, pada 600. c .Serbuk PZT komponen tunggal diperoleh. Metode untuk menghilangkan aglomerasi setelah pembentukan aglomerat adalah pengendapan atau sedimentasi, penggilingan dan perlakuan ultrasonik, penambahan bahan pendispersi, dan sejenisnya. Misalnya, Wang Xicheng ' menggunakan logam alkoksida dan nitrat sebagai bahan baku, secara ketat mengontrol pembentukan kopresipitasi, pencucian, dan kondisi pemilihan dispersi, mengadopsi teknologi pengeringan beku, dan kemudian menjalani proses kalsinasi yang wajar untuk membentuk komposisi seragam tanpa aglomerasi keras. Badan, fase perovskit tunggal, aktivitas sintering tinggi bubuk mikro PzT (52/48) berukuran mikron dibentuk dengan teknologi pengepresan isostatik dingin (cIP), sintering densifikasi dapat dicapai pada 800 ° c, dan kepadatan relatifnya tercapai.
Pengaruh stoikiometri stoikiometri terhadap kualitas produk PZT terutama mencakup aspek z: Pertama, penguapan timbal selama proses sintering keramik piezoelektrik PZT menyebabkan komponen menyimpang dari stoikiometri akurat dan kinerja produk berkurang; di sisi lain, zr/ dalam komponen. Fluktuasi Ti mempengaruhi kestabilan kinerja produk PzT. Penguapan timbal umumnya dianggap disebabkan oleh tingginya suhu sintering keramik piezoelektrik PZT. Timbal oksida memiliki tekanan uap jenuh yang relatif tinggi di lingkungan bersuhu tinggi, yang menyebabkan penguapan timbal. Semakin tinggi tekanan uap jenuhnya, semakin mudah timbal menguap, dan zr dengan meningkatnya /Ti, suhu sintering keramik piezoelektrik PZT meningkat, dan tekanan uap jenuh oksida timbal meningkat secara bertahap. Kehilangan timbal akan menjadi lebih serius, sehingga keramik piezoelektrik zr/Ti PzT yang tinggi lebih sulit untuk disinter, dan tekanan parsial oksigen yang terlalu rendah selama sintering akan menyebabkan penguapan timbal. Bahan PZT yang dibuat dengan metode fase padat konvensional memiliki suhu sintering umumnya 1.200 karena rendahnya aktivitas bubuk sintetik. Mudah menyebabkan penguapan timbal dalam jumlah besar, kinerja produk tidak tinggi, sehingga metode fase padat produk PZT sulit memenuhi persyaratan kinerja tinggi di bidang aplikasi. Saat ini, langkah-langkah utama yang diambil oleh peneliti material di dalam dan luar negeri untuk penguapan timbal adalah sebagai berikut: Pertama, penambahan timbal yang berlebihan ke dalam sintesis bubuk. Timbal berlebih ditambahkan. Pada tahap awal sintering, karena pembentukan fase cair, area kontak reaktan dapat ditingkatkan, laju difusi zirkonium, titanium dan dopan dapat dipercepat, dan keseragaman produk dapat ditingkatkan; fase cair yang terbentuk juga dapat mempercepat pergerakan difusi pelarutan dan pengendapan, Kondusif terhadap penataan ulang dan penutupan pengemasan partikel, mempercepat pemadatan produk. Namun, jika jumlah timbal yang ditambahkan terlalu banyak, kelebihan timbal akan mengendap pada kristal di satu sisi, sehingga menurunkan kinerja produk. Di sisi lain, hal ini akan dengan mudah menyebabkan konsentrasi lokal titanium dalam komponen PzT menjadi terlalu tinggi, dan kelarutan dalam oksida timbal fase cair adalah zrOz kering yang besar. Kelarutan, sehingga menghasilkan kandungan titanium lokal yang tinggi pada produk PZT setelah sintering, terutama pada batas butir. Sehingga mempengaruhi keseragaman struktur mikro produk dan menurunkan kinerja produk. Penambahan timbal berlebih mempengaruhi sifat mekanik komponen keramik piezoelektrik PZT: ketika produk mengandung timbal berlebihan, mode rekahan adalah rekahan transgranular. Kedua, dalam proses sintering produk, sesuai dengan mekanisme penguapan timbal, sistem sintering yang wajar dan tindakan khusus diterapkan. Ini banyak digunakan untuk menambahkan lembaran atmosfer sintering dan teknik bismut lapis ganda ke sinter, dan mengontrol atmosfer sintering menjadi atmosfer pengoksidasi. Ini akan mengurangi penguapan timbal dan mencegah produk menjadi hitam. Di bawah atmosfer yang tereduksi, Ti dengan mudah direduksi menjadi T1 ̈ untuk menggelapkan produk.
Yang ketiga adalah menambahkan dopan dalam jumlah yang sesuai. Doping mengurangi volatilisasi timbal dan di sisi lain meningkatkan kinerja produk PzT. Keempat, mempelajari lebih lanjut sintesis serbuk PZT aktivitas tinggi, sehingga keramik piezoelektrik PZT dapat dipadatkan dan disinter pada suhu yang lebih rendah dari suhu timbal. Selain itu, mekanisme penguapan timbal masih harus dipelajari lebih lanjut. Suhu penguapan timbal oksida pada sintesis hidrotermal serbuk PzT adalah 924,71. c, dan suhu reaksi antar partikel ̈ . Temperatur reaksi antara partikel serbuk P ZT sintesis fasa padat pada 26° C adalah 47. c. Suhu oksidasi timbal oksida adalah 29 ° C; suhu eutektik terendah sistem P ZT adalah 838. c. Terlihat bahwa tindakan proses yang wajar harus diambil sesuai dengan mekanisme penguapan timbal dan metode pembuatan bubuk PZT untuk mengurangi penguapan timbal dan meningkatkan kinerja produk PZT.
5 doping
Penelitian telah menunjukkan bahwa kinerja produk PZT berkaitan erat. Saat ini, untuk studi material PZT, zr/Ti sebagian besar terkonsentrasi pada kisaran 53/47 dan 95/5. Namun, hanya mengandalkan zr/T- yang berbeda untuk meningkatkan kinerja produk PZT tidak dapat memenuhi persyaratan produk PZT di berbagai bidang. Hal ini juga perlu untuk meningkatkan produk dengan memilih sejumlah dopan yang sesuai berdasarkan zr/Tl. sekaligus mengurangi pengaruh fluktuasi zr/Ti pada stabilitas kinerja artikel pzt. Aditif dapat saling larut dalam kisi kristal utama dan dapat diendapkan pada batas butir dalam bentuk fasa kedua. Bila saling larut, kinerja atau struktur fasa kristal utama dapat diubah sesuai dengan jumlah penambahan; ketika tidak saling larut. Fase kedua dipengaruhi oleh batas butir, yang mempengaruhi gaya ikatan atau sifat batas butir antar butiran kristal. Efek utama doping meliputi pembentukan kekosongan, penghambatan pertumbuhan butir, pembentukan fase cair sapi, dan perluasan kisaran suhu sintering. Pada saat yang sama, menurut peran dopan dalam keramik piezoelektrik PZT, dapat dibagi menjadi tiga jenis: doping donor, doping akseptor, dan doping senyawa ionik variabel. Dalam studi modifikasi doping keramik piezoelektrik PZT telah dipelajari La, Mn2- dan Nb dalam jumlah besar. Pengaruh doping Nbzos pada bahan PzT65/35 yang dibuat dengan metode fase padat dipelajari. Ditemukan bahwa penambahan niobium secara signifikan mendorong densifikasi dan sintering, serta menghambat pertumbuhan niobium seiring dengan meningkatnya kandungan niobium karena Nb0. Penguatan aksi elektrostatis oktahedral menyebabkan regangan sel satuan belah ketupat PzT menjadi tegang. Sel satuan cenderung meregang di permukaan, sehingga produk mudah terpolarisasi, dan juga berkontribusi pada peningkatan sifat anti-penuaan. Batas “kelarutan” dalam bahan PZT adalah 7 mol%. Bila jumlahnya kurang dari 7. aluminium dan kisi kristal perovskit saling larut sempurna. Pada titik ini produk sepenuhnya berada dalam fase perovskit. Ini menunjukkan karakteristik pengotor donor; bila ditambahkan dalam jumlah lebih besar dari 7 mol, rutenium berlebih akan bereaksi dengan timbal atau titanium, menghasilkan produksi fasa kedua, seperti fasa fluorit, yang mengurangi sifat dielektrik dan piezoelektrik bahan tersebut. Pengaruhnya terhadap struktur mikro dan sifat piezoelektrik bahan PZT, dan keadaan valensi mangan dalam bahan PZT ditentukan oleh EsR. Hasil penelitian menunjukkan bahwa kelarutan mangan dalam bahan Pz-butil terutama dalam bentuk Mn dan Mn5+. 1,5nlol', bila mengandung mangan
4. Penuaan
Penuaan mengacu pada karakteristik bahwa parameter kinerja listrik dari barang PZT berubah seiring waktu. Kita tahu bahwa keramik piezoelektrik PZT milik ABO. Struktur perovskit terdiri dari tiga fase kristal yaitu kubik, tetragonal dan rombohedral. Menurut zr/T1, fase kristal yang berbeda dapat dihasilkan, dan kation yang diaktifkan adalah ion tipe A. Di bawah suhu curie, ion tipe A atau tipe B memasuki posisi tertentu, menghasilkan polarisasi spontan dan membentuk domain, tetapi sudut antara domain yang berdekatan hanya bisa 90 atau 180. Hal ini disebabkan oleh polarisasi spontan dari struktur domain feroelektrik memungkinkan orientasinya setara dengan sumbu sumbu polarisasi feroelektrik dalam struktur prototipe badan feroelektrik. Pada saat yang sama, struktur domain feroelektrik juga dibatasi oleh regangan spontan kristal. Fase tersebut harus memastikan bahwa regangan spontan yang dihasilkan oleh domain yang berdekatan di dinding domain dapat kompatibel, sehingga sudut domain yang berdekatan F hanya bisa 90 atau 180. Pada saat yang sama, produk keramik piezo yang disinter harus berada dalam arus searah yang kuat. Di bawah pengaruh medan, polarisasi spontan setiap domain dipaksa untuk disejajarkan, sehingga menghasilkan polarisasi sisa, yaitu memperlihatkan efek piezoelektrik. PZT terpolarisasi piringan keramik piezoelektrik dipaksa mengejar gangguan intra sel akibat polarisasi medan listrik. Susunan kemudi domain 90 slack dan 180., susunan teratur, dan sumbu polarisasi spontan pada sel satuan sedikit lebih panjang dibandingkan sumbu polarisasi non-spontan, dan sumur regangan menghasilkan tegangan internal yang besar saat berputar. Setelah medan listrik eksternal dihilangkan, tegangan internal ini menyebabkan ketidakseimbangan internal sel satuan. dan menyimpan lebih banyak energi internal, yang mengarah ke angka 90 yang telah berubah. Domain baru dikembalikan ke susunan yang tidak teratur sebelum polarisasi untuk melepaskan tekanan internal secara bertahap. Oleh karena itu, polarisasi sisa terkait dengan hal ini. Jika tidak teratur dan menurun secara bertahap, parameter dielektrik dan piezoelektrik akan berubah. Terlihat bahwa gangguan domain baru merupakan akar dari mekanisme penuaan. Hukum penuaan umumnya meliputi linier, non-linier, dan bertahap. Ada tiga jenis mendekati linier. Faktor yang mempengaruhi penuaan produk PZT antara lain faktor eksternal dan internal. Faktor eksternal berkaitan dengan lingkungan penggunaan. Faktor internal seperti suhu dan kelembaban berkaitan erat dengan struktur domain dan gerak domain, yang disebabkan oleh medan listrik yang tinggi. Proses inversi polarisasi diselesaikan dengan pergerakan dinding domain dan pembentukan serta pergerakan dinding domain baru. Struktur domain erat kaitannya dengan struktur mikro setelah sintering seperti ukuran butir, batas butir, dll. Bila ukuran butir kecil. Bila ukuran dinding domain serupa, perkembangan struktur domain feroelektrik dan pergerakan dinding domain akan terhambat. Secara khusus, dengan bertambahnya ukuran butir, fraksi volume batas butir berkurang, dan kopling antara batas butir dan dinding domain berkurang. Orientasi domain menjadi lebih sulit, dan gerakan dinding domain sangat ditekan, sehingga polarisasi sisa dan konstanta dielektrik meningkat seiring dengan meningkatnya ukuran butir, dan kekuatan medan koersif menurun. Ketebalan dan sifat batas butir juga berpengaruh pada struktur domain. Batas butir menguntungkan untuk pengembangan domain melintasi batas butir dan meningkatkan piezoelektrik produk.
