Language
Bekeken: 12 Auteur: Site-editor Publicatietijd: 29-10-2019 Herkomst: Locatie
PZT piëzo-elektrische keramiek heeft de kenmerken van hoge curietemperatuur, sterke piëzo-elektriciteit, gemakkelijke dopingmodificatie en goede stabiliteit. Sinds de jaren zestig is het een hotspot van aandacht en onderzoek, en het heeft het gebied van piëzo-elektrische keramiek gedomineerd. Wat het bereidingsproces van PZT-piëzo-elektrische keramiek betreft, hebben Pzt-poedersynthese en verdichtingssinteren de grootste invloed op de kwaliteit van PzT-producten. PzT ultrafijn poeder heeft de voordelen van een fijne deeltjesgrootte, een groot specifiek oppervlak en een hoge reactiviteit, die de sintertemperatuur kunnen verlagen, de vervluchtiging van lood kunnen verminderen, nauwkeurige stoichiometrie kunnen garanderen en de prestaties van PZT-producten kunnen verbeteren. Daarom is de bereiding van ultrafijn PZT-poeder geworden onderwater piëzobuis . De focus van elektrisch keramisch onderzoek. De afgelopen jaren zijn er veel nieuwe methoden ontwikkeld voor het onderzoek naar de bereiding van ultrafijne PZT-poeders. Naast de traditionele fase-fasemethode omvat de vaste fasemethode de microgolfstralingsmethode, de mechanisch-chemische methodepoort en de reactiesintermethode. De vloeistoffasemethode heeft de voordelen van een lage synthesetemperatuur, eenvoudige uitrusting, gemakkelijke bediening, lage kosten, enz., en die is gebruikt voor de bereiding van PZT-poeder, zoals de sol-gel-methode, hydrothermische methode, precipitatiemethode. Er zijn echter nog steeds veel tekortkomingen bij de bereiding en prestaties van PZT-piëzo-elektrische keramiek, waaronder poederagglomeratie, stoichiometrie en gemakkelijke veroudering van producteigenschappen. De redenen voor de bovengenoemde problemen en de onderzoeksvoortgang van het oplossen van deze problemen worden besproken als volgt, en er worden enkele suggesties voor de ontwikkeling van Pzt-piëzo-elektrische keramiek naar voren gebracht.
1 poederagglomeratie
Poederagglomeratie omvat in het algemeen zachte agglomeratie en harde agglomeratie. Zachte agglomeratie wordt gevormd door de versterking en interactie van van der Waals-kracht, elektrostatische aantrekking en capillaire kracht tussen deeltjes naarmate de grootte van de poederdeeltjes afneemt; harde agglomeratie is te wijten aan de chemisch gebonden binding tussen de groepen. De actie vormt een overbruggende zuurstofbinding, en de overbruggende zuurstofketen tussen de deeltjes werkt samen om zich te vormen. Het agglomeratieprobleem is de belangrijkste factor die de uitstekende prestaties van ultrafijn PzT-poeder beïnvloedt, en het heeft ook een grote invloed op de kwaliteit van PZT-producten. Dit komt omdat PZT-materialen functionele materialen zijn. De basisvereisten voor synthetische poeders zijn hoge zuiverheid, ultrafijne, uniforme deeltjesgrootteverdeling, goede dispersie, stoichiometrische nauwkeurigheid en uniforme dotering. In aanvulling. Het optreden van agglomeratie bij de bismutsynthese van PZT-piëzo-keramische pijpen zal leiden tot een afname van de bulkdichtheid en een ongelijkmatige morfologie, en zal een groot aantal poriën introduceren, resulterend in de ongelijkmatige microstructuur, wat de dichtheid van het gesinterde lichaam ernstig beïnvloedt, en kan ook leiden tot het tweede sinterproces. Secundaire herkristallisatie, waardoor de piëzo-elektrische en thermo-elektrische eigenschappen van het PZT-artikel worden verminderd. Daarom is het verminderen of vermijden van agglomeratie bij de synthese van ultrafijn PzT-poeder een voorwaarde voor de bereiding van hoogwaardige PZT-piëzo-elektrische keramiek. De agglomeratie bij de bereiding van PZT-poeder omvat twee vormen van zachte en harde agglomeratie. Het agglomeratiemechanisme is ook verschillend voor verschillende poederbereidingsmethoden. De traditionele vaste-fasemethode voor het synthetiseren van PZT-poeder wordt gekenmerkt door herhaald kogelmalen en hoge calcineringstemperatuur. Herhaaldelijk kogelmalen introduceert niet alleen onzuiverheden, maar ook overmatig malen leidt tot de vorming van agglomeratie. In het bijzonder maakt de ontwikkelde mechanochemische methode voornamelijk gebruik van mechanische energie, voltooit de PZT-fasesynthese en de baltijd is zo lang als de hemel. Het is gemakkelijker om onzuiverheden binnen te brengen en poederagglomeratie te veroorzaken. Een te hoge calcineringstemperatuur kan ook poederagglomeratie veroorzaken. De vloeistoffasemethode wordt gebruikt om PZT-poeder te synthetiseren. Omdat deeltjes in de vaste fase in de vloeibare fase worden gevormd, ondergaan ze in het algemeen kiemvorming, groei, coalescentie en agglomeratie. Daarom kan de geagglomereerde structuur worden gevormd wanneer het een vaste fasedeeltje is dat in de vloeibare fase wordt gevormd. Door de Brownse beweging bevinden de deeltjes zich dicht bij elkaar. Wanneer de kinetische energie tussen de deeltjes groter is dan de barrière die het agglomeraat vormt, herenigen de zachte deeltjes zich onder invloed van de beweging. Ten tweede worden tijdens het proces van vast-vloeistofscheiding, met de eliminatie van het laatste deel van de vloeibare fase, de deeltjes van de vaste fase dicht bij elkaar gebracht vanwege de oppervlaktespanning. Vooral de synthese van PZT-poeder met water als oplosmiddel. De sporen water die uiteindelijk tussen de deeltjes achterblijven, zullen de deeltjes en deeltjes stevig aan elkaar binden door waterstof. Bovendien wordt de bereide PZT-poedervoorloper in het algemeen gecalcineerd bij 500 tot 700° C, wat ook poederagglomeratie kan veroorzaken, en er ook voor kan zorgen dat de gevormde agglomeraten de vorming van geagglomereerde structuren als gevolg van lokaal sinteren verergeren. Het is te zien dat P ZT-poeder wordt bereid door middel van coprecipitatiemethode. Elke fase van coprecipitatie, korrelgroei tot spoelen, drogen en calcineren van het neerslag kan resulteren in deeltjesgroei en de vorming van agglomeraten. Afhankelijk van de vorming van agglomeratie kan het verminderen of vermijden van deeltjesgroei en agglomeratie bij de bereiding van ultrafijn PZT-poeder worden overwogen vanuit de volgende aspecten: één is de scheiding van kiemvorming en groeiproces, bevordering van kiemvorming, controle van de groei; zorgen voor een hoge kiemvormingssnelheid van tien groeisnelheden, dat wil zeggen om ervoor te zorgen dat de PZT-poedervoorloper wordt gegenereerd onder een grote mate van onderkoeling of hoge oververzadiging. De tweede is het voorkomen van agglomeratie van PZT-poeder. Dit omvat onder meer hoe de vorming van agglomeratie tijdens de poederbereiding kan worden tegengegaan en hoe agglomeratie na agglomeratie kan worden geëlimineerd. De werkwijze voor het remmen van agglomeratie tijdens de poederbereiding omvat: (1) het selecteren van redelijke reactieomstandigheden (zoals PH-waarde, reactieconcentratie en temperatuur); (2) speciale behandeling tijdens poedersynthese of drogen; inclusief poedersyntheseproces oppervlakteactieve stof wordt toegevoegd en gefilterd met een organisch oplosmiddel, en de oppervlaktespanning van de oppervlakteactieve stof is laag. Daarom kan een poedervoorloper met een lichtere agglomeratiegraad worden verkregen; Tijdens het droogproces wordt een speciaal droogproces toegepast, voornamelijk vriesdrogen, superkritisch drogen en ver-infrarooddrogen, enz. Het basisprincipe is het elimineren van de gasvloeistof met een grote oppervlaktespanning. Het grensvlak, oftewel de deeltjes, zijn vast en kunnen niet dicht bij elkaar zijn. Bij lyofilisatie wordt bijvoorbeeld een lage temperatuur en een negatieve druk gebruikt om het ruwe vloeibare medium dat onder een negatieve druk is ingevroren tot een vaste fase te sublimeren, aangezien de vaste fasedeeltjes in het ruwe vloeibare medium bevroren zijn. En er is geen gas-vloeistof grensvlak met een grote oppervlaktespanning in het capillair tussen de deeltjes, waardoor het probleem van ernstige agglomeratie veroorzaakt door de vloeistofbrug wordt vermeden.
(3) Selecteer de beste calcineringsomstandigheden of gebruik speciale processen, zoals het gebruik van microgolfverwarming zonder warmteoverdracht, hoge energie-efficiëntie en andere kenmerken om de traditionele elektrische oven op hoge temperatuur bij 600 te vervangen. c. Er werd een PZT-poeder met één component verkregen. Methoden voor het elimineren van agglomeratie na de vorming van agglomeraten zijn afzetting of sedimentatie, malen en ultrasone behandeling, toevoeging van een dispergeermiddel en dergelijke. Wang Xicheng ' gebruikt bijvoorbeeld metaalalkoxide en nitraat als grondstoffen, controleert strikt de vorming van coprecipitatie, het wassen en de selectieomstandigheden van de dispersie, past vriesdroogtechnologie toe en ondergaat vervolgens een redelijk calcinatieproces om een uniforme samenstelling te vormen zonder harde agglomeratie. Lichaam, enkele perovskietfase, hoge sinteractiviteit van micron-formaat PzT (52/48) micropoeder worden gevormd door koude isostatische perstechnologie (cIP), verdichtingssinteren kan worden bereikt bij 800 ° C en de relatieve dichtheid wordt bereikt.
De invloed van stoichiometrische stoichiometrie op de kwaliteit van PZT-producten omvat voornamelijk z-aspecten: ten eerste zorgt de loodvervluchtiging tijdens het sinterproces van PZT-piëzo-elektrische keramiek ervoor dat de componenten afwijken van de nauwkeurige stoichiometrie en dat de prestaties van de producten afnemen; aan de andere kant de zr/ in de componenten. De fluctuatie van Ti beïnvloedt de stabiliteit van de PzT-productprestaties. Algemeen wordt aangenomen dat loodvervluchtiging het gevolg is van de hoge sintertemperatuur van PZT-piëzo-elektrische keramiek. Loodoxide heeft een relatief hoge verzadigde dampdruk in een omgeving met hoge temperaturen, wat leidt tot vervluchtiging van lood. Hoe hoger de verzadigde dampdruk, des te gemakkelijker wordt lood vervluchtigd, en zr met het toenemen van /Ti neemt de sintertemperatuur van PZT-piëzo-elektrische keramiek toe en neemt de verzadigde dampdruk van loodoxide geleidelijk toe. Het loodverlies zal ernstiger worden, zodat piëzo-elektrische keramiek met een hoog zr/Ti PzT-gehalte moeilijker te sinteren is, en een te lage partiële zuurstofdruk tijdens het sinteren zal leiden tot loodvervluchtiging. Het PZT-materiaal dat is bereid met de conventionele vaste-fasemethode heeft een sintertemperatuur van in het algemeen 1200 vanwege de lage activiteit van het synthetische poeder. Het is gemakkelijk om een grote hoeveelheid loodvervluchtiging te veroorzaken, de productprestaties zijn niet hoog, dus de vaste fase-methode van PZT-producten is moeilijk om te voldoen aan de hoge prestatie-eisen van het toepassingsgebied. Op dit moment zijn de belangrijkste maatregelen die materiaalonderzoekers in binnen- en buitenland nemen voor de vervluchtiging van lood de volgende: Ten eerste wordt er teveel lood aan de poedersynthese toegevoegd. Overtollig lood wordt toegevoegd. In de beginfase van het sinteren kan, als gevolg van de vorming van de vloeibare fase, het contactoppervlak van de reactanten worden vergroot, kan de diffusiesnelheid van zirkonium, titanium en doteermiddelen worden versneld en kan de uniformiteit van het product worden verbeterd; de gevormde vloeibare fase kan ook de diffusiebeweging van oplossing en neerslag versnellen. Dit is bevorderlijk voor de herschikking en dichte pakking van de deeltjes en versnelt de verdichting van het product. Wanneer de toegevoegde hoeveelheid lood echter te groot is, zal het overtollige lood zich aan de ene kant op het kristal afzetten, wat de prestaties van het product zal verminderen. Aan de andere kant zal dit er gemakkelijk voor zorgen dat de lokale concentratie van titanium in de PzT-component te hoog is, en de oplosbaarheid in de vloeibare fase van loodoxide is groot, droog zrOz. Oplosbaarheid, wat resulteert in een hoog lokaal titaniumgehalte van het PZT-product na het sinteren, vooral op de korrelgrens. Waardoor de uniformiteit van de microstructuur van het product wordt aangetast en de prestaties van het product worden verminderd. De toevoeging van overtollig lood beïnvloedt de mechanische eigenschappen van PZT-piëzo-elektrische keramische componenten: wanneer het product te veel lood bevat, is een breukmodus een transgranulaire breuk. Ten tweede worden bij het sinterproces van het product, volgens het vervluchtigingsmechanisme van lood, een redelijk sintersysteem en speciale maatregelen toegepast. Het wordt veel gebruikt om een sinteratmosfeervel en een dubbellaagse bismuttechniek toe te voegen aan het sinteren, en om de sinteratmosfeer zo te regelen dat deze een oxiderende atmosfeer is. Dit vermindert de vervluchtiging van lood en voorkomt zwart worden van het product. Onder een reducerende atmosfeer wordt Ti gemakkelijk gereduceerd tot T1 ̈ om het product donkerder te maken.
De derde is het toevoegen van een geschikte hoeveelheid doteermiddelen. Doping vermindert de vervluchtiging van lood en verbetert aan de andere kant de prestaties van PzT-producten. De vierde is om de synthese van hoogactief PZT-poeder verder te bestuderen, zodat PZT-piëzo-elektrische keramiek kan worden verdicht en gesinterd bij een temperatuur lager dan die van lood. Bovendien moet het mechanisme van de vervluchtiging van lood nog verder worden bestudeerd. De vervluchtigingstemperatuur van loodoxide bij de hydrothermische synthese van PzT-poeder is 924,71. c, en de reactietemperatuur tussen de deeltjes ̈ . De reactietemperatuur tussen de vaste fase synthese P ZT poederdeeltjes bij 26 ° C was 47. c. De oxidatietemperatuur van loodoxide is 29 ° C; de laagste eutectische temperatuur van het P ZT-systeem is 838. c. Het is duidelijk dat redelijke procesmaatregelen moeten worden genomen volgens het vervluchtigingsmechanisme van lood en de bereidingsmethode van PZT-poeder om de vervluchtiging van lood te verminderen en de prestaties van PZT-producten te verbeteren.
5 Doping
Studies hebben aangetoond dat de prestaties van PZT-producten nauw verwant zijn. Momenteel is zr/Ti voor de studie van PZT-materialen voornamelijk geconcentreerd in het bereik van 53/47 en 95/5. Het uitsluitend vertrouwen op verschillende zr/T-producten om de prestaties van PZT-producten te verbeteren, kan echter niet voldoen aan de eisen van PZT-producten op verschillende gebieden. Het is ook noodzakelijk om de producten te verbeteren door een geschikte hoeveelheid doteermiddelen te selecteren op basis van zr/Tl. terwijl het effect van fluctuaties in zr/Ti op de prestatiestabiliteit van pzt-artikelen wordt verminderd. Het additief kan wederzijds oplosbaar zijn in het hoofdkristalrooster en kan worden neergeslagen in de korrelgrens in de vorm van de tweede fase. Wanneer het wederzijds oplosbaar is, kan de prestatie of structuur van de hoofdkristallijne fase worden veranderd afhankelijk van de hoeveelheid toevoeging; wanneer het niet wederzijds oplosbaar is. Als tweede fase wordt de korrelgrens beïnvloed, wat de bindingskracht of korrelgrenseigenschap tussen de kristalkorrels beïnvloedt. De belangrijkste effecten van doping zijn onder meer de vorming van vacatures, remming van de korrelgroei, vorming van de vloeibare fase van runderen en uitbreiding van het sintertemperatuurbereik. Tegelijkertijd kan het, afhankelijk van de rol van het doteermiddel in het PZT-piëzo-elektrische keramiek, worden onderverdeeld in drie typen: donordoping, acceptordoping en doping met variabele ionische verbindingen. In de dopingmodificatiestudie van PZT-piëzo-elektrische keramiek zijn La, Mn2- en Nb in grote hoeveelheden bestudeerd. Het effect van gedoteerde Nbzos op PzT65/35-materiaal, bereid volgens de vaste fase-methode, werd bestudeerd. Er werd gevonden dat de toevoeging van niobium de verdichting en het sinteren aanzienlijk bevorderde, en de groei van niobium remde naarmate het niobiumgehalte toenam als gevolg van Nb0. De versterking van de octaëdrische elektrostatische werking zorgt ervoor dat de spanning van de ruitvormige eenheidscel van PzT wordt gespannen. De eenheidscel heeft de neiging uitgerekt te worden op het oppervlak, waardoor het product gemakkelijk polariseert en ook bijdraagt aan de verbetering van de anti-verouderingseigenschap. De 'oplosbaarheidslimiet' in het PZT-materiaal is 7 mol%. Wanneer de hoeveelheid kleiner is dan 7, zijn het aluminium- en het perovskietkristalrooster volledig wederzijds oplosbaar. Op dit punt bevindt het product zich volledig in de perovskietfase. Het vertoont kenmerken van donoronzuiverheid; wanneer het wordt toegevoegd in een hoeveelheid van meer dan 7 mol, zal de overmaat ruthenium reageren met lood of titanium, wat resulteert in de productie van een tweede fase, zoals een fluorietfase, die de diëlektrische en piëzo-elektrische eigenschappen van het artikel vermindert. Het effect op de microstructuur en piëzo-elektrische eigenschappen van PZT-materialen, en de valentietoestand van mangaan in PZT-materialen werd bepaald door EsR. De resultaten laten zien dat de oplosbaarheid van mangaan in Pz-butylmaterialen voornamelijk in de vorm van Mn en Mn5+ is. 1,5nlol', bij mangaangehalte
4. Veroudering
Veroudering verwijst naar het kenmerk dat de elektrische prestatieparameters van PZT-artikelen met de tijd veranderen. We weten dat PZT piëzo-elektrische keramiek eigendom is van ABO. De perovskietstructuur omvat drie kristalfasen: kubisch, tetragonaal en rhomboëdrisch. Volgens zr/T1 kunnen verschillende kristalfasen worden geproduceerd en is het geactiveerde kation een type A-ion. Beneden de curietemperatuur komen de A-type of B-type ionen een bepaalde positie binnen, waardoor spontane polarisatie ontstaat en domeinen worden gevormd, maar de hoek tussen aangrenzende domeinen kan slechts 90 of 180 zijn. Dit komt door een van beide. De spontane polarisatie van de ferro-elektrische domeinstructuur maakt het mogelijk dat de oriëntatie equivalent is aan de as van de ferro-elektrische polarisatie-as in de prototypestructuur van het ferro-elektrische lichaam. Tegelijkertijd wordt de ferro-elektrische domeinstructuur ook beperkt door de spontane spanning van het kristal. De fase moet ervoor zorgen dat de spontane spanning gegenereerd door de aangrenzende domeinen in de domeinwanden compatibel kan zijn, zodat de hoek van de aangrenzende domeinen van F slechts 90 of 180 kan zijn. Tegelijkertijd moeten de gesinterde piëzo-keramische producten in sterke gelijkstroom staan. Onder invloed van het veld wordt de spontane polarisatie van elk domein gedwongen uitgelijnd te worden, waardoor de resterende polarisatie gegenereerd wordt, dat wil zeggen een piëzo-elektrisch effect vertoont. De gepolariseerde PZT piëzo-elektrische keramische schijven worden gedwongen de intra-celstoornis op te sporen als gevolg van het elektrische polarisatieveld. De opstelling van 90 slappe en 180. domeinsturing, ordelijke opstelling en de spontane polarisatie-as in de eenheidscel is iets langer dan de niet-spontane polarisatie-as, en de rekput genereert een grote interne spanning tijdens het draaien. Na het verwijderen van het externe elektrische veld veroorzaakt deze interne spanning de interne onbalans van de eenheidscel. en meer interne energie opslaan, wat leidt tot de 90 die is omgedraaid. Het nieuwe domein wordt hersteld naar de ongeordende ordening van vóór de polarisatie om geleidelijk de interne stress los te laten. Daarom houdt de resterende polarisatie verband met deze . Ontregelende en geleidelijk afnemende diëlektrische en piëzo-elektrische parameters zullen dienovereenkomstig veranderen. Het is duidelijk dat de wanorde van nieuwe domeinen de wortel is van het verouderingsmechanisme. De verouderingswetten omvatten over het algemeen lineair, niet-lineair en geleidelijk. Er zijn drie soorten bijna-lineair. De factoren die de veroudering van PZT-producten beïnvloeden, omvatten externe en interne factoren. Externe factoren houden verband met de gebruiksomgeving. Interne factoren zoals temperatuur en vochtigheid hangen nauw samen met de domeinstructuur en domeinbeweging, wat te wijten is aan een hoog elektrisch veld. Het polarisatie-inversieproces wordt voltooid door de beweging van domeinmuren en het genereren en verplaatsen van nieuwe domeinmuren. De domeinstructuur is nauw verwant aan de microstructuur na het sinteren, zoals korrelgrootte, korrelgrens, enz. Wanneer de korrelgrootte klein is. Wanneer de grootte van de domeinmuur vergelijkbaar is, zal de ontwikkeling van de ferro-elektrische domeinstructuur en de beweging van de domeinmuur worden belemmerd. In het bijzonder neemt de korrelgrensvolumefractie af naarmate de korrelgrootte toeneemt, en neemt de koppeling tussen de korrelgrens en de domeinwand af. Domein de oriëntatie is moeilijker en de beweging van de domeinwand wordt ernstig onderdrukt, dus de resterende polarisatie en diëlektrische constante nemen toe met het toenemen van de korrelgrootte, en de coërcitieve veldsterkte neemt af. De dikte en eigenschappen van de korrelgrens hebben ook invloed op de domeinstructuur. De korrelgrens is gunstig voor de ontwikkeling van het domein over de korrelgrens heen en verbetert de piëzo-elektriciteit van het product.
