Language
Pandangan: 12 Pengarang: Editor Tapak Masa Terbit: 2019-10-29 Asal: tapak
Seramik piezoelektrik PZT mempunyai ciri-ciri suhu curie yang tinggi, piezoelektrik yang kuat, pengubahsuaian doping yang mudah dan kestabilan yang baik. Sejak tahun 1960-an, ia telah menjadi tempat tumpuan dan penyelidikan yang hangat, dan ia telah menguasai bidang seramik piezoelektrik. Dari segi proses penyediaan seramik piezoelektrik PZT, sintesis serbuk Pzt dan pensinteran ketumpatan mempunyai pengaruh yang paling besar terhadap kualiti produk PzT. Serbuk ultrafine PzT mempunyai kelebihan saiz zarah halus, luas permukaan khusus yang besar dan kereaktifan tinggi, yang boleh mengurangkan suhu pensinteran, mengurangkan volatilisasi plumbum, memastikan stoikiometri yang tepat, dan meningkatkan prestasi produk PZT. Oleh itu, penyediaan serbuk PZT ultrafine telah menjadi tiub piezo bawah air . Tumpuan penyelidikan seramik elektrik. Dalam beberapa tahun kebelakangan ini, banyak kaedah baru telah dibangunkan untuk kajian penyediaan serbuk PZT ultrafine. Sebagai tambahan kepada kaedah fasa fasa tradisional, kaedah fasa pepejal termasuk kaedah sinaran gelombang mikro, pelabuhan kaedah kimia mekanikal, dan kaedah pensinteran tindak balas. Kaedah fasa cecair mempunyai kelebihan suhu sintesis yang rendah, peralatan mudah, operasi mudah, kos rendah, dan lain-lain, dan yang telah digunakan untuk penyediaan serbuk PZT, seperti kaedah sol-gel, kaedah hidroterma, kaedah pemendakan'. Walau bagaimanapun, masih terdapat banyak kelemahan dalam penyediaan dan prestasi seramik piezoelektrik PZT, termasuk ciri-ciri stoiometri produk di atas. masalah dan kemajuan penyelidikan untuk menyelesaikan masalah ini dibincangkan seperti berikut, dan beberapa cadangan untuk pembangunan seramik piezoelektrik Pzt dikemukakan.
1 penggumpalan serbuk
Penggabungan serbuk secara amnya termasuk penggumpalan lembut dan penggumpalan keras. Penggumpalan lembut dibentuk oleh peningkatan dan interaksi daya van der Waals, daya tarikan elektrostatik dan daya kapilari antara zarah apabila saiz zarah serbuk berkurangan; aglomerasi keras adalah disebabkan oleh ikatan terikat secara kimia antara kumpulan. Tindakan itu membentuk ikatan oksigen yang merapatkan, dan rantaian oksigen yang menghubungkan antara zarah berinteraksi untuk membentuk. Masalah aglomerasi adalah faktor paling penting yang mempengaruhi prestasi cemerlang serbuk PzT ultrafine, dan ia juga sangat mempengaruhi kualiti produk PZT. Ini kerana bahan PZT adalah bahan berfungsi. Keperluan asas untuk serbuk sintetik ialah ketulenan tinggi, ultrahalus, taburan saiz zarah seragam, serakan yang baik, ketepatan stoikiometrik, dan doping seragam. Selain itu. Kejadian penggumpalan dalam sintesis bismut paip seramik piezo PZT akan membawa kepada penurunan ketumpatan pukal dan morfologi tidak sekata, dan akan memperkenalkan sejumlah besar liang yang mengakibatkan struktur mikro tidak sekata, menjejaskan ketumpatan badan tersinter secara serius, dan mungkin juga membawa kepada proses pensinteran kedua. Penghabluran semula sekunder, dengan itu mengurangkan sifat piezoelektrik dan termoelektrik artikel PZT. Oleh itu, mengurangkan atau mengelakkan aglomerasi dalam sintesis serbuk PzT ultrafine adalah prasyarat untuk penyediaan seramik piezoelektrik PZT berprestasi tinggi. Penggumpalan dalam penyediaan serbuk PZT termasuk dua bentuk penggumpalan lembut dan keras. Mekanisme aglomerasi juga berbeza untuk kaedah penyediaan serbuk yang berbeza. Kaedah fasa pepejal tradisional untuk mensintesis serbuk PZT dicirikan oleh pengilangan bola berulang dan suhu pengkalsinan yang tinggi. Pengilangan bola berulang bukan sahaja memperkenalkan kekotoran, tetapi juga pengisaran berlebihan membawa kepada pembentukan aglomerasi. Khususnya, kaedah mekanokimia yang dibangunkan terutamanya menggunakan tenaga mekanikal melengkapkan sintesis fasa PZT, dan masa bola adalah sepanjang langit. Ia lebih mudah untuk memperkenalkan kekotoran dan menyebabkan penggumpalan serbuk. Suhu pengkalsinan yang berlebihan juga boleh menyebabkan penggumpalan serbuk. Kaedah fasa cecair digunakan untuk mensintesis serbuk PZT. Oleh kerana zarah fasa pepejal terbentuk dalam fasa cecair, ia biasanya mengalami nukleasi, pertumbuhan, penyatuan dan penggumpalan. Oleh itu, struktur aglomerasi boleh terbentuk apabila ia adalah zarah fasa pepejal yang terbentuk dalam fasa cecair. Kerana gerakan brownian, zarah-zarah berdekatan antara satu sama lain. Apabila tenaga kinetik antara zarah lebih besar daripada penghalang yang membentuk aglomerat, antara zarah lembut di bawah tindakan pergerakan, mereka bersatu semula antara satu sama lain. Kedua, dalam proses pemisahan pepejal-cecair, dengan penghapusan bahagian terakhir fasa cecair, zarah fasa pepejal dirapatkan antara satu sama lain disebabkan oleh ketegangan permukaan. Terutamanya sintesis serbuk PZT dengan air sebagai pelarut. Kesan air yang akhirnya kekal di antara zarah akan mengikat zarah dan zarah dengan rapat oleh hidrogen. Di samping itu, prekursor serbuk PZT yang disediakan secara amnya dikalsinkan pada 500 hingga 700° C, yang mungkin juga menyebabkan penggumpalan serbuk, dan juga boleh menyebabkan aglomerat yang terbentuk memburukkan pembentukan struktur terkumpul akibat pensinteran tempatan. Dapat dilihat bahawa serbuk P ZT disediakan dengan kaedah kopresipitasi. Setiap peringkat kopresipitasi, pertumbuhan bijian hingga pembilasan, pengeringan, dan pengkalsinan mendakan boleh mengakibatkan pertumbuhan zarah dan pembentukan aglomerat. Mengikut pembentukan aglomerasi, mengurangkan atau mengelakkan pertumbuhan zarah dan aglomerasi dalam penyediaan serbuk PZT ultrafine boleh dipertimbangkan dari aspek berikut: satu ialah pemisahan nukleasi dan proses pertumbuhan, menggalakkan nukleasi, mengawal pertumbuhan; memastikan kadar nukleasi yang besar sepuluh kadar pertumbuhan, iaitu, untuk memastikan bahawa prekursor serbuk PZT dijana di bawah tahap penyejukan super atau supersaturasi tinggi yang tinggi. Yang kedua ialah pencegahan aglomerasi serbuk PZT. Ini termasuk cara menghalang pembentukan aglomerasi semasa penyediaan serbuk dan cara menghapuskan aglomerasi selepas aglomerasi. Kaedah untuk menghalang penggumpalan semasa penyediaan serbuk termasuk: (1) memilih keadaan tindak balas yang munasabah (seperti nilai PH, kepekatan tindak balas dan suhu, ); (2) rawatan khas semasa sintesis serbuk atau pengeringan; termasuk surfaktan proses sintesis serbuk ditambah dan ditapis dengan pelarut organik, dan tegangan permukaan surfaktan adalah rendah. Oleh itu, prekursor serbuk dengan tahap aglomerasi yang lebih ringan boleh diperolehi; proses pengeringan khas digunakan dalam proses pengeringan, terutamanya pengeringan beku, pengeringan superkritikal, dan pengeringan inframerah jauh, dan lain-lain. Prinsip asasnya adalah untuk menghapuskan cecair gas dengan tegangan permukaan yang besar. Antara muka, atau zarah adalah tetap dan tidak boleh berdekatan antara satu sama lain. Sebagai contoh, lyophilization adalah menggunakan suhu rendah dan tekanan negatif untuk menyuburkan medium cecair mentah yang dibekukan kepada fasa pepejal di bawah tekanan negatif, kerana zarah fasa pepejal dibekukan dalam medium cecair mentah. Dan tidak ada antara muka gas-cecair dengan tegangan permukaan yang besar dalam kapilari antara zarah, dengan itu mengelakkan masalah aglomerasi teruk yang disebabkan oleh jambatan cecair.
(3) Pilih keadaan pengkalsinan terbaik atau gunakan proses khas, seperti penggunaan pemanasan gelombang mikro tanpa pemindahan haba, kecekapan tenaga yang tinggi dan ciri-ciri lain untuk menggantikan relau elektrik suhu tinggi tradisional, pada 600. c .Satu komponen serbuk PZT diperolehi. Kaedah untuk menghapuskan aglomerasi selepas pembentukan aglomerat adalah pemendapan atau pemendapan, pengisaran dan rawatan ultrasonik, penambahan dispersan, dan seumpamanya. Sebagai contoh, Wang Xicheng ' menggunakan alkoksida logam dan nitrat sebagai bahan mentah, mengawal dengan ketat penjanaan kopresipitasi, pencucian, dan keadaan pemilihan penyebaran, menggunakan teknologi pengeringan beku, dan kemudian menjalani proses pengkalsinan yang munasabah untuk membentuk komposisi seragam tanpa penggumpalan keras. Badan, fasa perovskit tunggal, aktiviti pensinteran tinggi Pz4T-spoder (mikron-spoder) oleh mikron-5. teknologi menekan isostatik sejuk (cIP), pensinteran ketumpatan boleh dicapai pada 800 ° c, dan ketumpatan relatifnya dicapai.
Pengaruh stoikiometri stoikiometri terhadap kualiti produk PZT terutamanya merangkumi aspek z: Pertama, pemeruapan plumbum semasa proses pensinteran seramik piezoelektrik PZT menyebabkan komponen menyimpang daripada stoikiometri yang tepat dan prestasi produk berkurangan; sebaliknya, zr/ dalam komponen. Turun naik Ti menjejaskan kestabilan prestasi produk PzT. Penuapan plumbum biasanya dianggap disebabkan oleh suhu pensinteran yang tinggi bagi seramik piezoelektrik PZT. Plumbum oksida mempunyai tekanan wap tepu yang agak tinggi dalam persekitaran suhu tinggi, yang membawa kepada volatilisasi plumbum. Semakin tinggi tekanan wap tepu, semakin mudah plumbum meruap, dan zr dengan peningkatan /Ti, suhu pensinteran seramik piezoelektrik PZT meningkat, dan tekanan wap tepu oksida plumbum meningkat secara beransur-ansur. Kehilangan plumbum akan menjadi lebih serius, jadi seramik piezoelektrik zr/Ti PzT yang tinggi lebih sukar untuk disinter, dan tekanan separa oksigen yang terlalu rendah semasa pensinteran akan membawa kepada pemeruapan plumbum. Bahan PZT yang disediakan oleh kaedah fasa pepejal konvensional mempunyai suhu pensinteran secara amnya 1,200 disebabkan oleh aktiviti serbuk sintetik yang rendah. Ia adalah mudah untuk menyebabkan sejumlah besar volatilization plumbum, prestasi produk tidak tinggi, jadi kaedah fasa pepejal produk PZT sukar untuk memenuhi keperluan prestasi tinggi bidang permohonan. Pada masa ini, langkah-langkah utama yang diambil oleh penyelidik bahan di dalam dan di luar negara untuk volatilisasi plumbum adalah seperti berikut: Pertama, plumbum berlebihan ditambah kepada sintesis serbuk. Plumbum berlebihan ditambah. Pada peringkat awal pensinteran, disebabkan oleh pembentukan fasa cecair, kawasan sentuhan bahan tindak balas boleh ditingkatkan, kadar resapan zirkonium, titanium dan dopan boleh dipercepatkan, dan keseragaman produk boleh diperbaiki; fasa cecair yang terbentuk juga boleh mempercepatkan pergerakan resapan pembubaran dan pemendakan, Kondusif untuk penyusunan semula dan pembungkusan rapat zarah, mempercepatkan ketumpatan produk. Walau bagaimanapun, apabila jumlah plumbum yang ditambahkan terlalu banyak, lebihan plumbum akan memendap pada kristal pada satu tangan, yang akan mengurangkan prestasi produk. Sebaliknya, ia dengan mudah akan menyebabkan kepekatan tempatan titanium dalam komponen PzT menjadi terlalu tinggi, dan keterlarutan dalam fasa cecair plumbum oksida adalah zrOz kering yang besar. Keterlarutan, dengan itu menghasilkan kandungan titanium tempatan yang tinggi bagi produk PZT selepas pensinteran, terutamanya pada sempadan butiran. Dengan itu menjejaskan keseragaman struktur mikro produk dan mengurangkan prestasi produk. Penambahan plumbum berlebihan menjejaskan sifat mekanikal komponen seramik piezoelektrik PZT: apabila produk berlebihan dalam plumbum, mod patah ialah patah transgranular. Kedua, dalam proses pensinteran produk, mengikut mekanisme volatilisasi plumbum, sistem pensinteran yang munasabah dan langkah-langkah khas diterima pakai. Ia digunakan secara meluas untuk menambah lembaran suasana pensinteran dan teknik bismut dua lapis kepada pensinteran, dan mengawal suasana pensinteran menjadi suasana pengoksidaan. Ini akan mengurangkan kemeruapan plumbum dan mengelakkan produk menjadi hitam. Di bawah suasana pengurangan, Ti mudah dikurangkan kepada T1 ̈ untuk menggelapkan produk.
Yang ketiga ialah menambah jumlah dopan yang sesuai. Doping mengurangkan volatilisasi plumbum dan sebaliknya meningkatkan prestasi produk PzT. Keempat adalah untuk mengkaji lebih lanjut sintesis serbuk PZT aktiviti tinggi, supaya seramik piezoelektrik PZT boleh ditumpat dan disinter pada suhu yang lebih rendah daripada plumbum. Di samping itu, mekanisme pemeruapan plumbum masih perlu dikaji lebih lanjut. Suhu pemeruapan oksida plumbum dalam sintesis hidroterma serbuk PzT ialah 924.71. c, dan suhu tindak balas antara zarah ̈ . Suhu tindak balas antara zarah serbuk P ZT sintesis fasa pepejal pada 26 ° C ialah 47. c. Suhu pengoksidaan oksida plumbum ialah 29 ° C; suhu eutektik paling rendah bagi sistem P ZT ialah 838. c. Dapat dilihat bahawa langkah-langkah proses yang munasabah mesti diambil mengikut mekanisme volatilisasi plumbum dan kaedah penyediaan serbuk PZT untuk mengurangkan volatilisasi plumbum dan meningkatkan prestasi produk PZT.
5 Doping
Kajian telah menunjukkan bahawa prestasi produk PZT berkait rapat. Pada masa ini, untuk kajian bahan PZT, zr/Ti tertumpu terutamanya dalam julat 53/47 dan 95/5. Walau bagaimanapun, bergantung semata-mata pada zr/T- yang berbeza untuk meningkatkan prestasi produk PZT tidak dapat memenuhi keperluan produk PZT dalam bidang yang berbeza. Ia juga perlu untuk menambah baik produk dengan memilih beberapa jumlah dopan yang sesuai berdasarkan zr/Tl. sambil mengurangkan kesan turun naik dalam zr/Ti pada kestabilan prestasi artikel pzt. Aditif boleh saling larut dalam kekisi kristal utama dan boleh dimendakkan dalam sempadan butiran dalam bentuk fasa kedua. apabila ia saling larut, prestasi atau struktur fasa kristal utama boleh diubah mengikut jumlah penambahan; apabila ia tidak saling larut. Sebagai fasa kedua, sempadan butiran terjejas, yang menjejaskan daya ikatan atau sifat sempadan butiran antara butiran kristal. Kesan utama doping termasuk pembentukan kekosongan, perencatan pertumbuhan bijirin, pembentukan fasa cecair lembu, dan pengembangan julat suhu pensinteran. Pada masa yang sama, mengikut peranan dopan dalam seramik piezoelektrik PZT, ia boleh dibahagikan kepada tiga jenis: doping penderma, doping penerima dan doping sebatian ionik berubah-ubah. Dalam kajian pengubahsuaian doping seramik piezoelektrik PZT, La, Mn2- dan Nb telah dikaji dalam kuantiti yang banyak. Kesan Nbzos terdop pada bahan PzT65/35 yang disediakan melalui kaedah fasa pepejal telah dikaji. Didapati bahawa penambahan niobium dengan ketara menggalakkan pemekatan dan pensinteran, dan menghalang pertumbuhan niobium dengan peningkatan kandungan niobium disebabkan oleh Nb0. Pengukuhan tindakan elektrostatik oktahedral menyebabkan regangan sel unit rhomboid PzT menjadi tegang. Sel unit cenderung diregangkan pada permukaan, yang menjadikan produk mudah terpolarisasi, dan juga menyumbang kepada peningkatan sifat anti-penuaannya. Had 'keterlarutan' dalam bahan PZT ialah 7 mol%. Apabila jumlahnya kurang daripada 7. aluminium dan kekisi kristal perovskit boleh larut sepenuhnya. Pada ketika ini produk berada dalam fasa perovskite sepenuhnya. Ia mempamerkan ciri kekotoran penderma; apabila ditambah dalam jumlah yang lebih besar daripada 7 mol, rutenium yang berlebihan akan bertindak balas dengan plumbum atau titanium, menghasilkan pengeluaran fasa kedua, seperti fasa fluorit, yang mengurangkan sifat dielektrik dan piezoelektrik artikel. Kesan ke atas struktur mikro dan sifat piezoelektrik bahan PZT, dan keadaan valens mangan dalam bahan PZT ditentukan oleh EsR. Keputusan menunjukkan bahawa keterlarutan mangan dalam bahan Pz-butil adalah terutamanya dalam bentuk Mn dan Mn5+. 1.5nlol', apabila kandungan mangan
4. Penuaan
Penuaan merujuk kepada ciri bahawa parameter prestasi elektrik artikel PZT berubah mengikut masa. Kita tahu bahawa seramik piezoelektrik PZT kepunyaan ABO. Struktur perovskit terdiri daripada tiga fasa kristal padu, tetragonal dan rombohedral. Menurut zr/T1, fasa kristal yang berbeza boleh dihasilkan, dan kation yang diaktifkan ialah ion jenis A. Di bawah suhu curie, ion jenis A atau B memasuki kedudukan tertentu, menghasilkan polarisasi spontan dan membentuk domain, tetapi sudut antara domain bersebelahan hanya boleh 90 atau 180. Ini disebabkan sama ada Polarisasi spontan struktur domain feroelektrik membolehkan orientasi setara dengan paksi ferroelektrik prolarisasi dalam struktur kutub. badan ferroelektrik. Pada masa yang sama, struktur domain ferroelektrik juga dihadkan oleh regangan spontan kristal. Fasa mesti memastikan bahawa regangan spontan yang dihasilkan oleh domain bersebelahan dalam dinding domain boleh serasi, jadi sudut domain bersebelahan F hanya boleh 90 atau 180. Pada masa yang sama, produk seramik piezo tersinter mestilah dalam arus terus yang kuat. Di bawah tindakan medan, polarisasi spontan setiap domain dipaksa untuk diselaraskan, dengan itu menghasilkan polarisasi sisa, iaitu, mempamerkan kesan piezoelektrik. PZT terpolarisasi cakera seramik piezoelektrik terpaksa mengejar gangguan intra-sel disebabkan oleh medan elektrik polarisasi. Susunan 90 slack dan 180. domain steering, susunan teratur, dan paksi polarisasi spontan dalam sel unit adalah lebih lama sedikit daripada paksi polarisasi bukan spontan, dan telaga terikan menjana tegasan dalaman yang besar apabila berputar. Selepas mengeluarkan medan elektrik luaran, tekanan dalaman ini menyebabkan ketidakseimbangan dalaman sel unit. dan menyimpan lebih banyak tenaga dalaman, yang membawa kepada 90 yang telah bertukar. Domain baharu dipulihkan kepada susunan tidak teratur sebelum polarisasi untuk melepaskan tekanan dalaman secara beransur-ansur. Oleh itu, polarisasi sisa berkaitan dengan ini. Parameter dielektrik dan piezoelektrik yang terganggu dan berkurangan secara beransur-ansur akan berubah dengan sewajarnya. Ia boleh dilihat bahawa gangguan domain baru adalah punca mekanisme penuaan. Undang-undang penuaan umumnya termasuk linear, bukan linear dan beransur-ansur .Terdapat tiga jenis hampir linear. Faktor-faktor yang mempengaruhi penuaan produk PZT termasuk faktor luaran dan dalaman. Faktor luaran adalah berkaitan dengan persekitaran penggunaan. Faktor dalaman seperti suhu dan kelembapan berkait rapat dengan struktur domain dan pergerakan domain, yang disebabkan oleh medan elektrik yang tinggi. Proses penyongsangan polarisasi diselesaikan dengan pergerakan dinding domain dan penjanaan serta pergerakan dinding domain baharu. Struktur domain berkait rapat dengan struktur mikro selepas pensinteran seperti saiz butiran, sempadan butiran, dan lain-lain. Apabila saiz butiran kecil .Apabila saiz dinding domain serupa, pembangunan struktur domain feroelektrik dan pergerakan dinding domain akan terhalang. Khususnya, apabila saiz butiran bertambah, pecahan isipadu sempadan butiran berkurangan, dan gandingan antara sempadan butiran dan dinding domain berkurangan. Domain orientasi adalah lebih sukar, dan pergerakan dinding domain sangat ditindas, jadi polarisasi sisa dan pemalar dielektrik meningkat dengan peningkatan saiz butiran, dan kekuatan medan paksaan berkurangan. Ketebalan dan sifat sempadan butiran juga mempunyai kesan ke atas struktur domain. Sempadan bijian adalah sesuai untuk pembangunan domain merentasi sempadan bijian dan meningkatkan piezoelektrik produk.
