Penyelidikan dan kemajuan dalam teknik pensinteran fasa cecair suhu rendah seramik piezoelektrik PZT

Seramik titanat zirkonat plumbum (PZT) telah digunakan secara meluas dalam transduser seramik piezoelektrik terpolarisasi kerana sifatnya yang sangat baik. Walau bagaimanapun, seramik piezoelektrik yang mengandungi PZT mempunyai suhu pensinteran yang agak tinggi kira-kira 1200 °C. Suhu pengoksidaan oksida plumbum (PbO) adalah kira-kira 800 °C. Oleh itu, mudah untuk menyebabkan volatilisasi PbO semasa proses pensinteran, yang bukan sahaja menyebabkan pencemaran alam sekitar, tetapi juga menyebabkan komposisi sebenar bahan seramik menyimpang daripada rumusan yang direka, mengakibatkan kemerosotan sifat elektrik. Di samping itu, dengan pembangunan teknologi pelekap permukaan (SMT), peranti cip berbilang lapisan digemari oleh pasaran untuk kecekapan tinggi, pengecilan dan penyepaduan fungsinya. Walau bagaimanapun, suhu pensinteran tinggi seramik piezoelektrik menjadikannya sukar untuk mencapai pembakaran bersama bahan seramik dan bahan elektrod. Jika penambahbaikan proses boleh dibuat daripada menurunkan suhu pensinteran, ia bukan sahaja mempunyai nilai teknikal dan ekonomi yang penting dalam menyekat pemeruapan PbO, yang memastikan sifat bahan, mengurangkan pencemaran alam sekitar, memanjangkan hayat peralatan, dsb., tetapi juga menggantikan Pt dan Pd dengan Ag, Ni, dsb. Logam mulia digunakan sebagai elektrod dalam untuk membakar komponen cip merah berlapis kos yang hebat pada pizoelektrik pada masanya. peranti dan menjimatkan tenaga. Di samping itu, penyelidikan mendalam mengenai pensinteran suhu rendah boleh menggalakkan perkembangan teori pensinteran. Pada masa ini, kaedah proses untuk mengurangkan suhu pensinteran seramik termasuk proses pensinteran, proses pengilangan, dan kaedah pensinteran fasa cecair. Antaranya, proses pensinteran fasa cecair adalah yang paling mudah, kos terendah, dan sesuai untuk aplikasi industri. Ia adalah salah satu titik panas dalam industri piezoelektrik di dalam dan luar negara untuk mengkaji pensinteran suhu rendah seramik piezoelektrik PZT oleh pensinteran fasa cecair.

1 Mekanisme pensinteran fasa cecair

Dengan mensinter bahan bantu pensinteran rendah lebur seperti Bi2O3, B2O3, SiO2, V2O5, dsb. dalam bahan asas piezoelektrik PZT, menambahkan bahan mampu membentuk larutan pepejal dengan PZT, pensinteran PZT seramik piezoelektrik transduser piezo tergolong dalam fasa cecair. Fasa cecair yang berlaku semasa proses pensinteran akan membasahi zarah badan hijau dan mengisi liang antara zarah, yang mewujudkan ketegangan permukaan antara zarah. Magnitud tegangan permukaan adalah berkaitan dengan sifat, kuantiti, dan saiz zarah fasa cecair. Di bawah tindakan tegangan permukaan, zarah mengalir dan mengubah susunan asal dan menyusun semula mereka untuk mendapatkan pembungkusan yang lebih rapat antara zarah hijau. Pada masa yang sama, disebabkan kehadiran fasa cecair, proses pemindahan jisim akan diteruskan pada antara muka antara fasa cecair dan fasa pepejal, zarah-zarah kecil secara beransur-ansur larut untuk hilang, dan zarah-zarah besar tumbuh secara berterusan dan akhirnya menjadi porselin seragam dan padat. Kehadiran fasa cecair mengaktifkan atom pada permukaan zarah serbuk. Fasa kaca lebur rendah yang dibentuk oleh pelbagai alat pensinteran lebur rendah diedarkan di sepanjang antara muka sentuhan setiap zarah, dan atom diangkut oleh resapan fasa cecair, dan pekali resapan adalah besar, supaya proses pensinteran sangat dipercepatkan, dan suhu pensinteran boleh dibuat lebih besar daripada apabila fasa cecair tidak berlaku. Untuk mengurangkan bahawa tiga keperluan berikut mesti dipenuhi sebagai bahan tambahan untuk pensinteran fasa cecair: (1) fasa cecair harus muncul pada suhu pensinteran; (2) kebolehbasahan yang baik kepada pepejal; (3) fasa pepejal dalam fasa cecair. Terdapat keterlarutan yang ketara di dalamnya.

2 Cara untuk mencapai pensinteran fasa cecair

Kelebihan terbesar seramik piezoelektrik PZT ialah ia boleh dilaraskan kepada pelbagai sifat elektrofizik dengan menukar komposisi atau menukar keadaan luaran untuk memenuhi keperluan yang berbeza. Penggunaan bahan lain untuk mencapai pensinteran suhu rendah seramik PZT bukan sahaja mengurangkan suhu pensinteran, tetapi juga mengoptimumkan sifat elektriknya. Di samping itu, pensinteran suhu rendah fasa cecair boleh direalisasikan dengan kaedah fasa pepejal konvensional, dan prosesnya mudah dan berindustri. Pensinteran fasa cecair terutamanya dijalankan dalam tiga cara: (1) bahan pepejal dibentuk menjadi larutan pepejal dengan badan tersinter; (2) bahan tambah membentuk fasa cecair dengan jasad tersinter (3) bahan tambah membentuk fasa cecair peralihan dengan jasad tersinter.

3.1 Penambahan kepada jasad tersinter untuk membentuk larutan pepejal

Apabila bahan tambah hampir dengan saiz zarah, bentuk kristal piezo dan harga elektrik fasa pensinteran, ia boleh larut bersama untuk membentuk larutan pepejal, yang menyebabkan fasa kristal utama menjadi kekisi-herot, dan kecacatan meningkat, supaya beberapa elemen struktur berada dalam keadaan tidak seimbang, yang mempunyai tenaga yang besar dan mudah. Bergerak untuk mempromosikan pensinteran.

2.2 Penambahan bahan kepada jasad tersinter membentuk fasa cecair

Pensinteran fasa cecair adalah disebabkan oleh penambahan bahan tambahan untuk menjadikan sistem mempunyai titik eutektik yang rendah. Suhu adalah jauh lebih rendah daripada suhu pensinteran tradisional transduser cakera bulat piezo . Fasa cecair terbentuk pada peringkat awal pensinteran. Sempadan butiran boleh dipertingkatkan disebabkan oleh penyusunan semula butiran dan mengukuhkan sentuhan dalam pensinteran fasa cecair. Mobiliti adalah sedemikian rupa sehingga liang-liang dilepaskan dengan secukupnya, dengan itu menggalakkan ketumpatan pensinteran dan mencapai tujuan menurunkan suhu pensinteran. Walau bagaimanapun, penambahan kaca atau oksida cair rendah memperkenalkan fasa kedua, dan kehadiran fasa kedua yang terlalu banyak tidak dapat dielakkan membawa kepada penurunan ketara dalam pemalar dielektrik seramik, dan peningkatan dalam kehilangan dielektrik tan δ mesti diperhatikan.

2. 3 Penambahan dan jasad tersinter membentuk fasa cecair peralihan.

Jika seramik piezo boleh membentuk fasa cecair pada peringkat awal pensinteran, dan komposisi fasa cecair boleh meruap atau memasuki semula kekisi fasa kristal utama pada suhu tinggi, ia boleh berfungsi sebagai pengubahsuaian doping. Aditif takat lebur rendah seperti itu bukan sahaja dapat mengurangkan suhu pensinteran, tetapi juga mengelakkan pembentukan fasa sekunder dengan penambahan fluks, dengan itu mengekalkan sifat piezoelektrik yang baik bagi bahan asas asal, yang sangat penting untuk penjimatan tenaga dan pengurangan pencemaran alam sekitar.