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Visualizzazioni: 12 Autore: Editor del sito Orario di pubblicazione: 29/10/2019 Origine: Sito
Le ceramiche piezoelettriche PZT hanno le caratteristiche di elevata temperatura di curie, forte piezoelettricità, facile modifica del drogaggio e buona stabilità. Dagli anni '60 è stato al centro dell'attenzione e della ricerca e ha dominato il campo della ceramica piezoelettrica. In termini di processo di preparazione della ceramica piezoelettrica PZT, la sintesi della polvere Pzt e la sinterizzazione di densificazione hanno la maggiore influenza sulla qualità dei prodotti PzT. La polvere ultrafine PzT presenta i vantaggi della dimensione delle particelle fini, dell'ampia area superficiale specifica e dell'elevata reattività, che possono ridurre la temperatura di sinterizzazione, ridurre la volatilizzazione del piombo, garantire una stechiometria accurata e migliorare le prestazioni dei prodotti PZT. Pertanto, la preparazione della polvere PZT ultrafine è diventata tubo piezoelettrico subacqueo . Il focus della ricerca sulla ceramica elettrica. Negli ultimi anni sono stati sviluppati molti nuovi metodi per lo studio della preparazione delle polveri PZT ultrafini. Oltre al tradizionale metodo fase-fase, il metodo in fase solida comprende il metodo della radiazione a microonde, il metodo della porta chimica meccanica e il metodo della sinterizzazione della reazione. Il metodo della fase liquida presenta i vantaggi di una bassa temperatura di sintesi, attrezzature semplici, facilità d'uso, basso costo, ecc. e che è stato utilizzato per la preparazione della polvere PZT, come il metodo sol-gel, il metodo idrotermale, il metodo di precipitazione'. Tuttavia, ci sono ancora molte carenze nella preparazione e nelle prestazioni della ceramica piezoelettrica PZT, tra cui l'agglomerazione della polvere, la stechiometria e il facile invecchiamento delle proprietà del prodotto. Le ragioni dei problemi di cui sopra e il progresso della ricerca per risolverli sono discussi come segue e vengono avanzati alcuni suggerimenti per lo sviluppo dei ceramici piezoelettrici Pzt.
1 agglomerazione di polvere
L'agglomerazione della polvere comprende generalmente un'agglomerazione morbida e un'agglomerazione dura. L'agglomerazione morbida è formata dall'aumento e dall'interazione della forza di van der Waals, dell'attrazione elettrostatica e della forza capillare tra le particelle quando la dimensione delle particelle di polvere diminuisce; l'agglomerazione dura è dovuta al legame chimico tra i gruppi. L'azione forma un legame di ossigeno a ponte e la catena di ossigeno a ponte tra le particelle interagisce per formarsi. Il problema dell'agglomerazione è il fattore più importante che influisce sulle eccellenti prestazioni della polvere PzT ultrafine e influisce notevolmente anche sulla qualità dei prodotti PZT. Questo perché i materiali PZT sono materiali funzionali. I requisiti di base per le polveri sintetiche sono elevata purezza, ultrafine, distribuzione uniforme delle dimensioni delle particelle, buona dispersione, precisione stechiometrica e drogaggio uniforme. Inoltre. Il verificarsi di agglomerazione nella sintesi del bismuto del tubo piezoceramico PZT porterà a una diminuzione della densità apparente e della morfologia irregolare e introdurrà un gran numero di pori con conseguente microstruttura irregolare, influenzando seriamente la densità del corpo sinterizzato e potrebbe anche portare al secondo processo di sinterizzazione. Ricristallizzazione secondaria, riducendo così le proprietà piezoelettriche e termoelettriche dell'articolo PZT. Pertanto, ridurre o evitare l'agglomerazione nella sintesi della polvere PzT ultrafine è un prerequisito per la preparazione di ceramiche piezoelettriche PZT ad alte prestazioni. L'agglomerazione nella preparazione della polvere PZT comprende due forme di agglomerazione morbida e dura. Anche il meccanismo di agglomerazione è diverso a seconda dei diversi metodi di preparazione della polvere. Il tradizionale metodo in fase solida per sintetizzare la polvere PZT è caratterizzato da ripetute macinazioni a sfere e da un'elevata temperatura di calcinazione. La macinazione ripetuta a sfere non solo introduce impurità, ma anche un'eccessiva macinazione porta alla formazione di agglomerati. In particolare, il metodo meccanochimico sviluppato utilizza principalmente energia meccanica per completare la sintesi della fase PZT e il tempo della palla è lungo quanto il cielo. È più facile introdurre impurità e provocare l'agglomerazione della polvere. Una temperatura di calcinazione eccessiva può anche causare l'agglomerazione della polvere. Il metodo della fase liquida viene utilizzato per sintetizzare la polvere PZT. Poiché le particelle della fase solida si formano nella fase liquida, generalmente subiscono nucleazione, crescita, coalescenza e agglomerazione. Pertanto, la struttura agglomerata può essere formata quando si tratta di una particella in fase solida formata nella fase liquida. A causa del moto browniano le particelle sono vicine tra loro. Quando l'energia cinetica tra le particelle è maggiore della barriera che forma l'agglomerato, tra le particelle tenere sotto l'azione del movimento si riuniscono. In secondo luogo, nel processo di separazione solido-liquido, con l'eliminazione dell'ultima parte della fase liquida, le particelle della fase solida vengono avvicinate tra loro a causa della tensione superficiale. Soprattutto la sintesi della polvere PZT con acqua come solvente. Le tracce d'acqua che alla fine rimangono tra le particelle legheranno strettamente le particelle e le particelle mediante l'idrogeno. Inoltre, il precursore in polvere PZT preparato viene generalmente calcinato a una temperatura compresa tra 500 e 700° C, il che può anche causare l'agglomerazione della polvere e può anche far sì che gli agglomerati formati aggravino la formazione di strutture agglomerate a causa della sinterizzazione locale. Si può vedere che la polvere P ZT viene preparata mediante il metodo di coprecipitazione. Ogni fase di coprecipitazione, crescita del grano fino al risciacquo, essiccazione e calcinazione del precipitato può provocare la crescita delle particelle e la formazione di agglomerati. Secondo la formazione dell'agglomerazione, la riduzione o l'evitamento della crescita e dell'agglomerazione delle particelle nella preparazione della polvere PZT ultrafine può essere considerata dai seguenti aspetti: uno è la separazione del processo di nucleazione e crescita, promuovere la nucleazione, controllare la crescita; garantire un elevato tasso di nucleazione dieci tassi di crescita, ovvero garantire che il precursore della polvere PZT venga generato con un elevato grado di sottoraffreddamento o elevata sovrasaturazione. Il secondo è la prevenzione dell'agglomerazione della polvere PZT. Ciò include come inibire la formazione di agglomerazione durante la preparazione della polvere e come eliminare l'agglomerazione dopo l'agglomerazione. Il metodo per inibire l'agglomerazione durante la preparazione della polvere comprende: (1) la selezione di condizioni di reazione ragionevoli (come valore di pH, concentrazione di reazione e temperatura); (2) trattamento speciale durante la sintesi o l'essiccazione della polvere; compreso il tensioattivo del processo di sintesi delle polveri viene aggiunto e filtrato con un solvente organico e la tensione superficiale del tensioattivo è bassa. Si può quindi ottenere un precursore in polvere con un grado di agglomerazione più leggero; nel processo di essiccazione viene adottato uno speciale processo di essiccazione, principalmente liofilizzazione, essiccazione supercritica e essiccazione a infrarossi lontani, ecc. Il principio di base è eliminare il gas-liquido con una grande tensione superficiale. L'interfaccia, ovvero le particelle, sono fisse e non possono essere vicine tra loro. Ad esempio, la liofilizzazione consiste nell'utilizzare una bassa temperatura e una pressione negativa per sublimare il mezzo liquido grezzo congelato in una fase solida sotto una pressione negativa, poiché le particelle della fase solida sono congelate nel mezzo liquido grezzo. Inoltre non esiste un'interfaccia gas-liquido con una grande tensione superficiale nel capillare tra le particelle, evitando così il problema della grave agglomerazione causata dal ponte liquido.
(3) Selezionare le migliori condizioni di calcinazione o utilizzare processi speciali, come l'uso del riscaldamento a microonde senza trasferimento di calore, alta efficienza energetica e altre caratteristiche per sostituire il tradizionale forno elettrico ad alta temperatura, a 600. c. È stata ottenuta una polvere PZT monocomponente. I metodi per eliminare l'agglomerazione dopo la formazione di agglomerati sono deposizione o sedimentazione, macinazione e trattamento ad ultrasuoni, aggiunta di un disperdente e simili. Ad esempio, Wang Xicheng ' utilizza alcossido metallico e nitrato come materie prime, controlla rigorosamente la generazione di coprecipitazione, il lavaggio e le condizioni di selezione della dispersione, adotta la tecnologia di liofilizzazione e quindi viene sottoposto a un ragionevole processo di calcinazione per formare una composizione uniforme senza agglomerazione dura. Corpo, fase singola di perovskite, elevata attività di sinterizzazione della micropolvere PzT (52/48) di dimensioni micron sono formate mediante tecnologia di pressatura isostatica a freddo (cIP), la sinterizzazione di densificazione può essere ottenuta a 800 ° C e viene raggiunta la sua densità relativa.
L'influenza della stechiometria stechiometrica sulla qualità dei prodotti PZT comprende principalmente aspetti z: in primo luogo, la volatilizzazione del piombo durante il processo di sinterizzazione della ceramica piezoelettrica PZT fa sì che i componenti si discostino dalla stechiometria accurata e le prestazioni dei prodotti siano ridotte; d'altra parte, lo zr/ nei componenti. La fluttuazione del Ti influisce sulla stabilità delle prestazioni del prodotto PzT. La volatilizzazione del piombo è generalmente considerata dovuta all'elevata temperatura di sinterizzazione delle ceramiche piezoelettriche PZT. L'ossido di piombo ha una pressione di vapore saturo relativamente elevata in un ambiente ad alta temperatura, che porta alla volatilizzazione del piombo. Maggiore è la pressione del vapore saturo, più facilmente il piombo viene volatilizzato e zr con l'aumento di /Ti, aumenta la temperatura di sinterizzazione della ceramica piezoelettrica PZT e la pressione del vapore saturo dell'ossido di piombo aumenta gradualmente. La perdita di piombo diventerà più grave, quindi le ceramiche piezoelettriche ad alto contenuto di Zr/Ti PzT sono più difficili da sinterizzare e una pressione parziale di ossigeno troppo bassa durante la sinterizzazione porterà alla volatilizzazione del piombo. Il materiale PZT preparato mediante il metodo convenzionale in fase solida ha una temperatura di sinterizzazione generalmente di 1.200 a causa della bassa attività della polvere sintetica. È facile provocare una grande quantità di volatilizzazione del piombo, le prestazioni del prodotto non sono elevate, quindi il metodo in fase solida dei prodotti PZT difficilmente soddisfa i requisiti di prestazioni elevate del campo di applicazione. Attualmente, le principali misure adottate dai ricercatori sui materiali in patria e all'estero per la volatilizzazione del piombo sono le seguenti: in primo luogo, alla sintesi della polvere viene aggiunto piombo in eccesso. Viene aggiunto piombo in eccesso. Nella fase iniziale della sinterizzazione, a causa della formazione della fase liquida, è possibile aumentare l'area di contatto dei reagenti, accelerare la velocità di diffusione di zirconio, titanio e droganti e migliorare l'uniformità del prodotto; la fase liquida formata può anche accelerare il movimento di diffusione della dissoluzione e della precipitazione, favorendo il riarrangiamento e l'impacchettamento stretto delle particelle, accelerando la densificazione del prodotto. Tuttavia, quando la quantità di piombo aggiunta è eccessiva, il piombo in eccesso si depositerà da un lato sul cristallo, riducendo le prestazioni del prodotto. D'altra parte, ciò causerà facilmente una concentrazione locale di titanio nel componente PzT troppo elevata e la solubilità nell'ossido di piombo in fase liquida è grande zrOz secco. Solubilità, che risulta in un elevato contenuto locale di titanio del prodotto PZT dopo la sinterizzazione, soprattutto al confine del grano. Influendo così sull'uniformità della microstruttura del prodotto e riducendo le prestazioni del prodotto. L'aggiunta di piombo in eccesso influisce sulle proprietà meccaniche dei componenti ceramici piezoelettrici PZT: quando il prodotto è eccessivamente eccessivo in piombo, una modalità di frattura è una frattura transgranulare. In secondo luogo, nel processo di sinterizzazione del prodotto, secondo il meccanismo di volatilizzazione del piombo, vengono adottati un sistema di sinterizzazione ragionevole e misure speciali. È ampiamente utilizzato per aggiungere un foglio di atmosfera di sinterizzazione e una tecnica di bismuto a doppio strato per sinterizzare e controllare l'atmosfera di sinterizzazione in modo che sia un'atmosfera ossidante. Ciò ridurrà la volatilizzazione del piombo e preverrà l'annerimento del prodotto. In atmosfera riducente, il Ti viene facilmente ridotto a T1 ̈ per scurire il prodotto.
Il terzo è aggiungere una quantità adeguata di droganti. Il doping riduce la volatilizzazione del piombo e da un lato migliora le prestazioni del prodotto PzT. Il quarto è studiare ulteriormente la sintesi della polvere PZT ad alta attività, in modo che la ceramica piezoelettrica PZT possa essere densificata e sinterizzata a una temperatura inferiore a quella del piombo. Inoltre, resta da studiare ulteriormente il meccanismo di volatilizzazione del piombo. La temperatura di volatilizzazione dell'ossido di piombo nella sintesi idrotermale della polvere PzT è 924,71. c, e la temperatura di reazione tra le particelle ̈ . La temperatura di reazione tra le particelle di polvere P ZT di sintesi in fase solida a 26 ° C era 47. c. La temperatura di ossidazione dell'ossido di piombo è di 29 ° C; la temperatura eutettica più bassa del sistema P ZT è 838. c. Si può vedere che è necessario adottare misure di processo ragionevoli in base al meccanismo di volatilizzazione del piombo e al metodo di preparazione della polvere PZT per ridurre la volatilizzazione del piombo e migliorare le prestazioni dei prodotti PZT.
5Doping
Gli studi hanno dimostrato che le prestazioni del prodotto PZT sono strettamente correlate. Attualmente, per lo studio dei materiali PZT, zr/Ti è concentrato principalmente nell'intervallo 53/47 e 95/5. Tuttavia, fare affidamento esclusivamente su diversi zr/T- per migliorare le prestazioni dei prodotti PZT non può soddisfare i requisiti dei prodotti PZT in diversi campi. È inoltre necessario migliorare i prodotti selezionando una quantità adeguata di droganti sulla base di zr/Tl. riducendo al contempo l'effetto delle fluttuazioni di zr/Ti sulla stabilità prestazionale degli articoli pzt. L'additivo può essere mutuamente solubile nel reticolo cristallino principale e può essere precipitato al confine del grano sotto forma di seconda fase. Quando è mutuamente solubile, le prestazioni o la struttura della fase cristallina principale possono essere modificate in base alla quantità di aggiunta; quando non sono reciprocamente solubili. Come seconda fase, viene influenzato il confine del grano, che influenza la forza di legame o la proprietà del confine del grano tra i grani del cristallo. Gli effetti principali del doping comprendono la formazione di posti vacanti, l'inibizione della crescita del grano, la formazione di fase liquida bovina e l'espansione dell'intervallo di temperature di sinterizzazione. Allo stesso tempo, in base al ruolo del drogante nella ceramica piezoelettrica PZT, può essere suddiviso in tre tipi: drogaggio del donatore, drogaggio dell'accettore e drogaggio del composto ionico variabile. Nello studio sulla modifica del drogaggio delle ceramiche piezoelettriche PZT, La, Mn2- e Nb sono stati studiati in grandi quantità. È stato studiato l'effetto degli Nbzo drogati sul materiale PzT65/35 preparato con il metodo della fase solida. Si è scoperto che l'aggiunta di niobio promuoveva significativamente la densificazione e la sinterizzazione e inibiva la crescita del niobio con l'aumento del contenuto di niobio dovuto a Nb0. Il rafforzamento dell'azione elettrostatica ottaedrica fa sì che la tensione della cella unitaria romboidale di PzT venga tesa. La cellula unitaria tende ad allungarsi in superficie, il che rende il prodotto facile da polarizzare e contribuisce inoltre a migliorarne le proprietà antietà. Il limite di 'solubilità' nel materiale PZT è del 7% in moli. Quando la quantità è inferiore a 7, l'alluminio e il reticolo cristallino della perovskite sono completamente mutuamente solubili. A questo punto il prodotto è completamente in fase perovskite. Presenta caratteristiche di impurità donatrice; quando aggiunto in una quantità superiore a 7 moli, il rutenio in eccesso reagirà con piombo o titanio, determinando la produzione di una seconda fase, come una fase fluorite, che riduce le proprietà dielettriche e piezoelettriche dell'articolo. L'effetto sulla microstruttura e sulle proprietà piezoelettriche dei materiali PZT e sullo stato di valenza del manganese nei materiali PZT è stato determinato mediante EsR. I risultati mostrano che la solubilità del manganese nei materiali Pz-butile è principalmente sotto forma di Mn e Mn5+. 1.5nlol', quando il contenuto di manganese
4. Invecchiamento
Per invecchiamento si intende la caratteristica secondo cui i parametri di prestazione elettrica degli articoli PZT cambiano nel tempo. Sappiamo che la ceramica piezoelettrica PZT appartiene ad ABO. La struttura della perovskite comprende tre fasi cristalline: cubica, tetragonale e romboedrica. Secondo zr/T1 si possono produrre diverse fasi cristalline e il catione attivato è uno ione di tipo A. Al di sotto della temperatura di curie, gli ioni di tipo A o di tipo B entrano in una certa posizione, producendo polarizzazione spontanea e formando domini, ma l'angolo tra domini adiacenti può essere solo 90 o 180. Ciò è dovuto a La polarizzazione spontanea della struttura del dominio ferroelettrico consente all'orientamento di essere equivalente all'asse dell'asse di polarizzazione ferroelettrica nella struttura prototipo del corpo ferroelettrico. Allo stesso tempo, anche la struttura del dominio ferroelettrico è limitata dalla deformazione spontanea del cristallo. La fase deve garantire che la deformazione spontanea generata dai domini adiacenti nelle pareti dei domini possa essere compatibile, quindi l'angolo dei domini adiacenti di F può essere solo 90 o 180. Allo stesso tempo, i prodotti piezoceramici sinterizzati devono essere in forte corrente continua. Sotto l'azione del campo, la polarizzazione spontanea di ciascun dominio è costretta ad allinearsi, generando così la polarizzazione residua, mostrando cioè un effetto piezoelettrico. Il PZT polarizzato il disco ceramico piezoelettrico è costretto a inseguire il disordine intracellulare dovuto al campo elettrico di polarizzazione. La disposizione di 90 allentamenti e 180. sterzo del dominio, disposizione ordinata e l'asse di polarizzazione spontanea nella cella unitaria è leggermente più lungo dell'asse di polarizzazione non spontanea e il pozzo di deformazione genera un grande stress interno quando gira. Dopo aver rimosso il campo elettrico esterno, questa tensione interna provoca lo squilibrio interno della cella unitaria. e immagazzinare più energia interna, che porta ai 90 che sono stati trasformati. Il nuovo dominio viene riportato alla disposizione disordinata prima della polarizzazione per rilasciare gradualmente lo stress interno. Pertanto, la polarizzazione residua è correlata a questi. Disordinati e gradualmente decrescenti, i parametri dielettrici e piezoelettrici cambieranno di conseguenza. Si può vedere che il disordine dei nuovi domini è la radice del meccanismo di invecchiamento. Le leggi dell'invecchiamento generalmente includono lineare, non lineare e graduale. Esistono tre tipi di quasi lineare. I fattori che influenzano l'invecchiamento dei prodotti PZT comprendono fattori esterni ed interni. I fattori esterni sono legati all'ambiente di utilizzo. Fattori interni come la temperatura e l'umidità sono strettamente correlati alla struttura del dominio e al movimento del dominio, dovuto all'elevato campo elettrico. Il processo di inversione di polarizzazione è completato dal movimento delle pareti dei domini e dalla generazione e dallo spostamento di nuove pareti dei domini. La struttura del dominio è strettamente correlata alla microstruttura dopo la sinterizzazione come dimensione del grano, confine del grano, ecc. Quando la dimensione del grano è piccola. Quando la dimensione della parete del dominio è simile, lo sviluppo della struttura del dominio ferroelettrico e il movimento della parete del dominio saranno ostacolati. Nello specifico, all'aumentare della dimensione del grano, la frazione di volume del bordo del grano diminuisce e l'accoppiamento tra il bordo del grano e la parete del dominio diminuisce. Nel dominio l'orientamento è più difficile e il movimento della parete del dominio è gravemente soppresso, quindi la polarizzazione residua e la costante dielettrica aumentano con l'aumento della dimensione del grano e l'intensità del campo coercitivo diminuisce. Anche lo spessore e le proprietà del bordo grano hanno un effetto sulla struttura del dominio. Il bordo del grano è favorevole allo sviluppo del dominio attraverso il bordo del grano e migliora la piezoelettricità del prodotto.
