Forskning og fremskritt innen teknikker for lavtemperatur væskefasesintring PZT piezoelektrisk keramikk

Blyzirkonattitanatkeramikk (PZT) har blitt mye brukt i polarisert piezoelektrisk keramisk transduser på grunn av deres utmerkede egenskaper. Imidlertid inneholder den piezoelektriske keramikken PZT og har en relativt høy sintringstemperatur på ca. 1200 °C. Oksydasjonstemperaturen til blyoksid (PbO) er omtrent 800 °C. Derfor er det lett å forårsake fordampning av PbO under sintringsprosessen, som ikke bare forårsaker miljøforurensning, men også forårsaker at den faktiske sammensetningen av det keramiske materialet avviker fra den utformede formuleringen, noe som resulterer i forringelse av elektriske egenskaper. I tillegg, med utviklingen av overflatemonteringsteknologi (SMT), er flerlags chipenheter favorisert av markedet for deres høye effektivitet, miniatyrisering og funksjonelle integrasjon. Imidlertid gjør den høye sintringstemperaturen til den piezoelektriske keramikken det vanskelig å oppnå en samtidig brenning av det keramiske materialet og elektrodematerialet. Hvis prosessforbedring kan gjøres ved å senke sintringstemperaturen, har det ikke bare viktig teknisk og økonomisk verdi for å undertrykke PbO-fordampning, som sikrer materialegenskaper, reduserer miljøforurensning, forlenger utstyrets levetid, etc., men også erstatter Pt og Pd med Ag, Ni, etc. Edelmetallet brukes som indre elektrode for å avfyre flerlagskomponenten ved en stor tid. redusere kostnadene for enheten og spare energi. I tillegg kan dyptgående forskning på lavtemperatursintring fremme utviklingen av sintringsteori. For tiden er prosessmetodene for å redusere sintringstemperaturen til keramikk inkludert sintringsprosessen, freseprosessen og metoden for væskefasesintring. Blant dem er sintringsprosessen i flytende fase den enkleste, laveste kostnaden og praktisk for industriell bruk. Det er et av hot spots i den piezoelektriske industrien i inn- og utland å studere lavtemperatursintring av PZT piezoelektrisk keramikk ved flytende fasesintring.

1 Mekanisme for væskefasesintring

Ved å sintre et lavtsmeltende sintringshjelpemiddel som Bi2O3, B2O3, SiO2, V2O5, etc. i et PZT piezoelektrisk basismateriale, er tilsetning av et stoff i stand til å danne en fast løsning med PZT, sintring av PZT piezo transduser piezoelektrisk keramikk tilhører en flytende fase. Væskefasen som oppstår under sintringsprosessen vil fukte de grønne kroppspartiklene og fylle porene mellom partiklene, noe som skaper en overflatespenning mellom partiklene. Størrelsen på overflatespenningen er relatert til væskefasens natur, mengde og partikkelstørrelse. Under påvirkning av overflatespenning flyter partiklene og endrer det opprinnelige arrangementet og omorganiserer dem for å oppnå en tettere pakking mellom de grønne partiklene. Samtidig, på grunn av tilstedeværelsen av væskefasen, vil masseoverføringsprosessen fortsette i grensesnittet mellom væskefasen og den faste fasen, de små partiklene oppløses gradvis for å forsvinne, og de store partiklene vokser kontinuerlig og blir til slutt jevnt og tett porselen. Tilstedeværelsen av en flytende fase aktiverer atomene på overflaten av pulverpartiklene. Den lavtsmeltende glassfasen dannet av forskjellige lavtsmeltende sintringshjelpemidler er fordelt langs kontaktgrensesnittet til hver partikkel, og atomene transporteres ved væskefasediffusjon, og diffusjonskoeffisienten er stor, slik at sintringsprosessen akselereres kraftig, og sintringstemperaturen kan gjøres større enn når væskefasen ikke oppstår. For å redusere dette må følgende tre krav oppfylles som tilsetningsstoffer for sintring i væskefase: (1) væskefase bør vises ved sintringstemperaturen; (2) god fuktbarhet overfor faste stoffer; (3) fast fase i flytende fase. Det er betydelig løselighet i det.

2 måter å oppnå sintring i væskefase

Den største fordelen med PZT piezoelektrisk keramikk er at de kan justeres til et bredt spekter av elektrofysiske egenskaper ved å endre sammensetningen eller endre de ytre forholdene for å passe ulike behov. Bruken av andre stoffer for å oppnå lavtemperatursintring av PZT-keramikk reduserer ikke bare sintringstemperaturen, men optimerer også dens elektriske egenskaper. I tillegg kan væskefase lavtemperatursintring realiseres ved den konvensjonelle fastfasemetoden, og prosessen er enkel og industrialisert. Væskefasesintringen utføres hovedsakelig på tre måter: (1) det faste stoffet formes til en fast løsning med det sintrede legemet; (2) additivet danner en flytende fase med det sintrede legemet (3) additivet danner en overgangsflytende fase med det sintrede legemet.

3.1 Tilsetning til det sintrede legemet for å danne en fast løsning

Når blandingen er nær partikkelstørrelsen, piezokrystallformen og elektrisitetsprisen til sintringsfasen, kan den være gjensidig løselig for å danne en fast løsning, noe som fører til at hovedkrystallfasen blir gitterforvrengt, og defektene økes, slik at noen strukturelle elementer er i en ikke-likevektstilstand, som har stor abalansetilstand. Flytt for å fremme sintring.

2.2 Tilsetningen av stoffet til den sintrede kroppen danner en flytende fase

Væskefasesintring skyldes tilsetning av tilsetningsstoffer for å få systemet til å ha et lavt eutektisk punkt. Temperaturen er betydelig lavere enn den tradisjonelle sintringstemperaturen til piezo rund skivesvinger . Væskefasen dannes i den innledende fasen av sintringen. Korngrensen kan forbedres på grunn av omorganisering av korn og styrkende kontakt ved sintring i væskefase. Mobiliteten er slik at porene er tilstrekkelig tømt, og fremmer derved fortettingen av sintringen og oppnår hensikten med å senke sintringstemperaturen. Imidlertid introduserer tilsetningen av et lavtsmeltende glass eller oksid en andre fase, og tilstedeværelsen av for mye andre fase fører uunngåelig til en betydelig reduksjon i den dielektriske konstanten til keramikken, og en økning i det dielektriske tapet tan δ må bemerkes.

2. 3 Tilsetningen og det sintrede legemet danner en overgangsvæskefase.

Hvis piezokeramikken kan danne en flytende fase i det innledende trinnet av sintringen, og sammensetningen av væskefasen kan fordampe eller gå inn igjen i hovedkrystallfasegitteret ved høy temperatur, kan det fungere som en dopingmodifikasjon. Slike tilsetningsstoffer med lavt smeltepunkt kan ikke bare redusere sintringstemperaturen i stor grad, men også unngå dannelse av sekundærfaser ved tilsetning av fluss, og dermed opprettholde de gode piezoelektriske egenskapene til det opprinnelige basismaterialet, noe som er av stor betydning for energisparing og reduksjon av miljøforurensning.