Sammensetning av piezoelektrisk keramisk materiale

Ulike bruksområder har ulike ytelseskrav til piezoelektriske keramiske materialer . 1 Perovskitt piezoelektrisk keramisk materiale, den kjemiske formelen er ABO3, A er et positivt ion med en stor radius, som kan være +1, +2, +3; B er et positivt ion med liten radius, som kan være +3, +4, +5, +6. Ioneradiusen til de tre ionene A, B og O kan tilfredsstille følgende forhold for å danne ABO3-strukturen: RA+RO=t√2 (RB+RO, t er en toleransefaktor, kan generelt danne kalsium mellom 0,86 og 1,03. Struktur av titanmalm Typisk formulering: (1) 0,99 [PbTiO401 + .0401 + .TiO301 +. MnO2, kalsineringstemperatur er 850 ° C, varmekonservering i 2 timer, brenningstemperatur er 1240 ° C, varmekonservering i 1 time ε = 240, Kp=0,096, Qm=1050, Nt=2120 (2) Høyfrekvent (30M-MC) porselain. PbTiO3+1wt%MnO2+1wt%Pb3O4ε=150, Kp=0,40, Qm=800~1000, temperatur og tid God stabilitet 3PbTiO3+3,0wt%CeO2++0,3MnO2+2,53wt%Nb.

(1) Med endringen av Zr:Ti endres Curie-punktet nesten lineært fra 235 °C til 490 °C, og Tc-linjen er en kubisk paraelektrisk fase uten piezoelektrisk effekt.

(2) Zr: Det er en kvasi-homogen fasegrense nær Ti=53:47, den titanrike siden er den tetragonale ferroelektriske fasen FT; den zirkoniumrike siden er den høytemperatur trigonale ferroelektriske fasen FR, temperaturen på piezoelektriske keramiske transdusere stiger, og denne fasegrensen er rik på zirkonium. Siden er skråstilt og skjærer Tc-linjen ved 360 ° C (som indikerer at Curie-temperaturen Tc er høy nær fasegrensen), og enhetscelleparametrene endres brått nær fasegrensen. Det er en sterk piezoelektrisk effekt nær fasegrensen mellom den tetragonale ferroelektriske fasen FT og den trigonale ferroelektriske fasen FR. Kp, ε har en maksimal verdi og Qm har en veldig liten verdi. De piezoelektriske egenskapene til PZT-porselen nær fasegrensen er mye høyere enn for BaTiO3-porselen. Siden Tc til PZT-porselenet ved grensen er høy (360 ° C), er KP og ε begge stabile innenfor 200 ° C, som er et ideelt piezoelektrisk materiale. Doping Modifikasjon av PZT Porselen av elektronisk piezo keramikk svinger . For å møte ulike formål trenger vi PZT piezoelektrisk keramikk med ulike egenskaper. Av denne grunn kan vi legge til forskjellige ioner for å erstatte Pb2+-ionet på A-stedet eller Zr4+, Ti4+-ionet på B-stedet. Derved forbedres ytelsen til materialet.

Annen substitusjon modifisert hard substitusjon modifisert myk substitusjon modifisert heterovalent substitusjon ekvivalent substitusjon dopet modifisert PZT (1) ekvivalent substitusjon ekvivalent substitusjon betyr at radiusen til Ca2+, Sr2+, Mg2+ er mindre enn den til Pb2+ ioner Ionesubstitusjonen til Pb2+ ioner resulterer i en økning i den dielektriske konstanten ε av PZ T ε piezokeramisk skive , en økning i den elektromekaniske koblingskoeffisienten KP, og en økning i den piezoelektriske konstanten d, og forbedrer derved de piezoelektriske egenskapene til PZT-keramikken. Begrepet 'myk substitusjonsmodifikasjon' betyr at tilsetning av disse tilsetningsstoffene kan redusere tvangsfeltstyrken EC med ↓, og polarisasjonen er lett, slik at materialegenskapene blir 'myke' under påvirkning av elektrisk felt eller spenning.

(a) La3+, Bi3+, Sb3+, etc. erstatter A-stedets Pb+2-ion (donordoping); Nb5+, Ta5+, Sb5+, W6+ osv. Erstatter B-posisjon Zr4+, Ti4+ ioner (donordoping). Egenskapene til PZT-porselen modifisert ved myk substitusjon har følgende endringer: tvangsfeltstyrken EC avtar ↓, den mekaniske kvalitetsfaktoren Qm avtar ↓; den dielektriske konstanten ε øker ↑, det dielektriske tapet tan δ øker ↑, den elektromekaniske koblingskoeffisienten KP Når ↑ økes, økes aldringsmotstanden og isolasjonsresistiviteten ρ økes ↑. Grunnen til dette er at tillegget deres fører til dannelsen av en Pb2+-mangel. For eksempel, hvis annenhver La3+ erstatter 3 Pb2+, for å opprettholde balansen i elektrisitetsprisen, reduseres antall kationer ved A-posisjonen i perovskittstrukturen, og det genereres en A-ledig stilling. På grunn av fraværet av Pb2+, gjøres domenebevegelsen enkel, og selv liten elektrisk feltstyrke eller mekanisk stress kan føre til at domeneveggene beveger seg. 

Som et resultat, en økning i dielektrisitetskonstanten og den elastiske ettergivenhetskoeffisienten på Pzt piezokeramiske keramiske transdusere oppstår, og samtidig øker dielektrisk tap og mekanisk tap, og Qm reduseres. Siden styringen av domenene er enkel, økes dessuten antallet domener orientert i retning av det elektriske feltet, og øker dermed polarisasjonen, slik at den piezoelektriske effekten økes kraftig, som er representert ved en økning i Kp-verdien. Siden styremotstanden til domenet blir liten, er tvangsfeltet for å reversere polarisasjonen for å overvinne motstanden lite, og returlinjen er nesten rektangulær. På grunn av fraværet av Pb2+, bufres den interne belastningen forårsaket av 90-domenestyringen, slik at den gjenværende belastningen blir liten. Med andre ord, siden domeneveggene lett kan flyttes, frigjøres den indre spenningen til domenene lett, slik at aldringsytelsen er god. 'myke' tilsetningsstoffer er ofte brukt modifiserende tilsetningsstoffer.

(b) For eksempel er det aksepterende akustiske transdusermaterialet under vann ofte dopet med La2O3 og Nb2O5 for å øke Kp-verdien og dielektrisitetskonstanten. Pb0.95Sr0.05(Zr0.52Ti0.48)O3+0.9%La2O3+0.9%Nb2O5, Kp=0.60, ε=2100, Qm=80, god stabilitet, volumresistivitet 1012 ohm 'mykt' additiv Mengden overstiger generelt ikke 5%. b Hard substitusjonsmodifikasjon, den såkalte 'hard substitution modification' betyr at tilsetning av disse tilsetningsstoffene kan øke tvangsfeltstyrken EC, og polarisasjonen blir vanskelig, slik at materialegenskapene blir 'harde' under påvirkning av elektrisk felt eller spenning.

(a) K+, Na+, etc. som erstatter A-sete Pb2+ ioner (akseptordoping);

(b) Zr4+ og Ti4+ ioner (akseptor dopet) erstattet med B ved Fe2+, Co2+, Mn2+ (eller Fe3+, Co3+, Mn3+), Ni2+, Mg2+, Al3+, Cr3+ og lignende.

Egenskapene til PZT-porselen modifisert ved hard substitusjon har følgende endringer: Tvangsfeltstyrke EC øker ↑, mekanisk kvalitetsfaktor Qm øker ↑; dielektrisk konstant ε avtar, dielektrisk tap tan δ avtar ↓, elektromekanisk koblingskoeffisient KP avtar Liten ↓, aldringsmotstanden reduseres, og isolasjonsresistiviteten ρ reduseres.

Ternær perovskitt piezoelektrisk keramikk

Ved å endre Zr/Ti-forholdet og inkorporere en liten mengde tilsetningsstoffer, selv om noen egenskaper kan forbedres, på grunn av det bredere og bredere spekteret av piezoelektriske materialer, blir kravene til materialer høyere og høyere, og bare binære systemer kan ikke oppfylle kravene til bruk. Så det er et ternært system. Det såkalte ternære perovskitt piezoelektriske keramiske materialet refererer til en fast løsning dannet av en kompositt perovskittforbindelse og blyzirkonattitanat.