Language
Visninger: 12 Forfatter: Nettstedredaktør Publiseringstid: 2019-10-29 Opprinnelse: nettsted
PZT piezoelektrisk keramikk har egenskapene til høy curie-temperatur, sterk piezoelektrisitet, enkel dopingmodifikasjon og god stabilitet. Siden 1960-tallet har det vært et hot spot for oppmerksomhet og forskning, og det har dominert feltet for piezoelektrisk keramikk. Når det gjelder fremstillingsprosessen av PZT piezoelektrisk keramikk, har Pzt-pulversyntese og fortettingssintring størst innflytelse på kvaliteten til PzT-produkter. PzT ultrafint pulver har fordelene med fin partikkelstørrelse, stort spesifikt overflateareal og høy reaktivitet, noe som kan redusere sintringstemperaturen, redusere blyfordampning, sikre nøyaktig støkiometri og forbedre ytelsen til PZT-produkter. Derfor har utarbeidelsen av ultrafint PZT-pulver blitt undervanns piezorør . Fokus for forskning på elektrisk keramikk. De siste årene har mange nye metoder blitt utviklet for studiet av ultrafin PZT-pulverpreparat. I tillegg til den tradisjonelle fasefasemetoden inkluderer fastfasemetoden mikrobølgestrålingsmetoden, mekanisk kjemisk metodeport og reaksjonssintringsmetoden. Væskefasemetoden har fordelene med lav syntesetemperatur, enkelt utstyr, enkel betjening, lav pris, etc., og som har blitt brukt til fremstilling av PZT-pulver, slik som sol-gel-metoden, hydrotermisk metode, utfellingsmetoden'. Det er imidlertid fortsatt mange mangler ved fremstillingen og ytelsen til PZT piezoelektrisk keramikk, inkludert pulver-agglomereringsegenskapene ovenfor og pulver-agglomereringsgrunnen ovenfor. problemer og forskningsfremdriften for å løse disse problemene diskuteres som følger, og noen forslag til utvikling av Pzt piezoelektrisk keramikk er fremmet.
1 pulveragglomerasjon
Pulveragglomerering inkluderer generelt myk agglomerering og hard agglomerering. Myk agglomerasjon dannes av forsterkningen og interaksjonen av van der Waals kraft, elektrostatisk tiltrekning og kapillærkraft mellom partiklene når størrelsen på pulverpartiklene avtar; hard agglomerasjon skyldes den kjemisk bundne bindingen mellom gruppene. Handlingen danner en brodannende oksygenbinding, og den brodannende oksygenkjeden mellom partiklene interagerer for å dannes. Agglomerasjonsproblemet er den viktigste faktoren som påvirker den utmerkede ytelsen til ultrafint PzT-pulver, og det påvirker også kvaliteten på PZT-produkter i stor grad. Dette er fordi PZT-materialer er funksjonelle materialer. De grunnleggende kravene til syntetiske pulvere er høy renhet, ultrafin, jevn partikkelstørrelsesfordeling, god dispersjon, støkiometrisk nøyaktighet og jevn doping. I tillegg. Forekomsten av agglomerering i PZT piezo keramisk rørvismutsyntese vil føre til en reduksjon i bulkdensitet og ujevn morfologi, og vil introdusere et stort antall porer som resulterer i den ujevne mikrostrukturen, som alvorlig påvirker tettheten til den sintrede kroppen, og kan også føre til den andre sintringsprosessen. Sekundær rekrystallisering, og reduserer derved de piezoelektriske og termoelektriske egenskapene til PZT-artikkelen. Derfor er reduksjon eller unngåelse av agglomerering i syntesen av ultrafint PzT-pulver en forutsetning for fremstilling av høyytelses PZT piezoelektrisk keramikk. Agglomerasjonen i fremstillingen av PZT-pulver inkluderer to former for myk og hard agglomerering. Agglomerasjonsmekanismen er også forskjellig for forskjellige pulverfremstillingsmetoder. Den tradisjonelle fastfasemetoden for syntetisering av PZT-pulver er preget av gjentatt kulefresing og høy kalsineringstemperatur. Gjentatt kulefresing introduserer ikke bare urenheter, men også overmaling fører til dannelse av agglomerering. Spesielt den mekanokjemiske metoden utviklet hovedsakelig utnytter mekanisk energi fullfører PZT-fasesyntesen, og balltiden er like lang som himmelen. Det er lettere å introdusere urenheter og forårsake agglomerering av pulver. For høy kalsineringstemperatur kan også forårsake agglomerering av pulver. Væskefasemetoden brukes til å syntetisere PZT-pulver. Fordi fastfasepartikler dannes i væskefasen, gjennomgår de vanligvis kjernedannelse, vekst, koalescens og agglomerering. Derfor kan den agglomererte strukturen dannes når den er en fastfasepartikkel dannet i væskefasen. På grunn av den brune bevegelsen er partiklene nær hverandre. Når den kinetiske energien mellom partiklene er større enn barrieren som danner agglomeratet, mellom de ømme partiklene under påvirkning av bevegelsen, gjenforenes de hverandre. For det andre, i prosessen med faststoff-væske-separasjon, med eliminering av den siste delen av væskefasen, bringes fastfasepartiklene nær hverandre på grunn av overflatespenningen. Spesielt syntese av PZT-pulver med vann som løsemiddel. Sporene av vann som til slutt blir igjen mellom partiklene vil binde partiklene og partiklene tett sammen av hydrogen. I tillegg blir den fremstilte PZT-pulverforløperen vanligvis kalsinert ved 500 til 700° C, noe som også kan forårsake pulveragglomerering, og kan også føre til at de dannede agglomeratene forverrer dannelsen av agglomererte strukturer på grunn av lokal sintring. Det kan sees at P ZT-pulver fremstilles ved coprecipitation-metoden. Hvert trinn av samutfelling, kornvekst til skylling, tørking og kalsinering av bunnfallet kan resultere i partikkelvekst og dannelse av agglomerater. I henhold til dannelsen av agglomerasjon kan reduksjon eller unngåelse av partikkelvekst og agglomerering ved fremstilling av ultrafint PZT-pulver vurderes fra følgende aspekter: en er separasjon av kjernedannelse og vekstprosess, fremme kjernedannelse, kontrollere vekst; sikre høy kjernedannelseshastighet ti veksthastigheter, det vil si å sikre at PZT-pulverforløperen genereres under en stor grad av underkjøling eller høy overmetning. Den andre er forebygging av PZT-pulveragglomerering. Dette inkluderer hvordan man kan hemme dannelsen av agglomerasjon under pulverfremstilling og hvordan eliminere agglomerasjon etter agglomerering. Fremgangsmåten for å inhibere agglomerering under pulverfremstilling inkluderer: (1) å velge rimelige reaksjonsbetingelser (slik som PH-verdi, reaksjonskonsentrasjon og temperatur,); (2) spesialbehandling under pulversyntese eller tørking; inkludert pulversynteseprosess overflateaktivt middel tilsettes og filtreres med et organisk løsningsmiddel, og overflatespenningen til overflateaktivt middel er lav. Derfor kan en pulverforløper med en lettere grad av agglomerering oppnås; en spesiell tørkeprosess er tatt i bruk i tørkeprosessen, hovedsakelig frysetørking, superkritisk tørking og fjerninfrarød tørking, etc. Grunnprinsippet er å eliminere gass-væske med stor overflatespenning. Grensesnittet, eller partiklene er faste og kan ikke være nær hverandre. For eksempel er lyofilisering å bruke en lav temperatur og et negativt trykk for å sublimere det rå flytende mediet frosset til en fast fase under et negativt trykk, siden fastfasepartiklene er frosset i det rå flytende mediet. Og det er ingen gass-væske-grensesnitt med stor overflatespenning i kapillæren mellom partiklene, og unngår dermed problemet med alvorlig agglomerering forårsaket av væskebroen.
(3) Velg de beste kalsineringsforholdene eller bruk spesielle prosesser, for eksempel bruk av mikrobølgeoppvarming uten varmeoverføring, høy energieffektivitet og andre egenskaper for å erstatte den tradisjonelle høytemperatur elektriske ovnen, ved 600. c .Et enkeltkomponent PZT-pulver ble oppnådd. Metoder for å eliminere agglomerering etter dannelse av agglomerater er avsetning eller sedimentering, maling og ultralydbehandling, tilsetning av et dispergeringsmiddel og lignende. For eksempel, Wang Xicheng ' bruker metallalkoksyd og nitrat som råmateriale, kontrollerer strengt generering av samutfelling, vasking og valgbetingelsene for dispersjonen, tar i bruk frysetørketeknologi og gjennomgår deretter en rimelig kalsineringsprosess for å danne en ensartet sammensetning uten hard agglomerering. Kropp, enkel perovskittfase av mikron (5T4) sintringsaktivitet med mikron (5T4) mikropulver er dannet av kald isostatisk pressing (cIP) teknologi, fortetting sintring kan oppnås ved 800 ° c, og dens relative tetthet oppnås.
Påvirkningen av støkiometrisk støkiometri på kvaliteten på PZT-produkter inkluderer hovedsakelig z-aspekter: For det første fører blyfordampningen under sintringsprosessen til PZT piezoelektrisk keramikk til at komponentene avviker fra den nøyaktige støkiometrien og ytelsen til produktene reduseres; på den annen side zr/ i komponentene. Svingningen av Ti påvirker stabiliteten til PzT-produktytelsen. Blyfordampning anses generelt å skyldes den høye sintringstemperaturen til PZT piezoelektrisk keramikk. Blyoksid har et relativt høyt mettet damptrykk i høytemperaturmiljø, noe som fører til blyfordampning. Jo høyere det mettede damptrykket er, desto lettere fordampes bly, og zr med økningen av /Ti øker sintringstemperaturen til PZT piezoelektrisk keramikk, og det mettede damptrykket til blyoksid øker gradvis. Blytapet vil bli mer alvorlig, så høy zr/Ti PzT piezoelektrisk keramikk er vanskeligere å sintre, og for lavt oksygenpartialtrykk under sintring vil føre til blyfordampning. PZT-materialet fremstilt ved den konvensjonelle fastfasemetoden har en sintringstemperatur på generelt 1200 på grunn av den lave aktiviteten til det syntetiske pulveret. Det er lett å forårsake en stor mengde blyvolatilisering, produktytelsen er ikke høy, så fastfasemetoden til PZT-produkter er vanskelig å møte de høye ytelseskravene til bruksområdet. For øyeblikket er de viktigste tiltakene som tas av materialforskere i inn- og utland for fordampning av bly som følger: For det første tilsettes for mye bly til pulversyntesen. Overflødig bly tilsettes. I den innledende fasen av sintringen, på grunn av dannelsen av væskefase, kan kontaktarealet til reaktantene økes, diffusjonshastigheten av zirkonium, titan og dopingmidler kan akselereres, og jevnheten til produktet kan forbedres; den dannede væskefasen kan også akselerere diffusjonsbevegelsen av oppløsning og utfelling. Bidrar til omorganisering og tett pakking av partiklene, akselerere fortettingen av produktet. Men når mengden bly som tilsettes er for mye, vil overskudd av bly avsettes på krystallen på den ene siden, noe som vil redusere ytelsen til produktet. På den annen side vil det lett føre til at den lokale konsentrasjonen av titan i PzT-komponenten blir for høy, og løseligheten i flytende fase blyoksid er stor tørr zrOz. Løselighet, noe som resulterer i et høyt lokalt titaninnhold i PZT-produktet etter sintring, spesielt ved korngrensen. Derved påvirkes enhetligheten til mikrostrukturen til produktet og redusere ytelsen til produktet. Tilsetning av overflødig bly påvirker de mekaniske egenskapene til PZT piezoelektriske keramiske komponenter: når produktet er for mye bly, er en bruddmodus et transgranulært brudd. For det andre, i sintringsprosessen til produktet, i henhold til fordampningsmekanismen til bly, vedtas et rimelig sintringssystem og spesielle tiltak. Det er mye brukt for å legge til et sintringsatmosfæreark og en dobbeltlags vismutteknikk for å sintre, og kontrollere sintringsatmosfæren til å være en oksiderende atmosfære. Dette vil redusere blyfordampning og forhindre sverting av produktet. Under en reduserende atmosfære reduseres Ti lett til T1 ̈ for å gjøre produktet mørkere.
Den tredje er å tilsette en passende mengde dopingmidler. Doping reduserer blyvolatilisering og forbedrer på den annen side PzT-produktytelsen. Den fjerde er å studere syntesen av høyaktivt PZT-pulver, slik at PZT piezoelektrisk keramikk kan fortettes og sintres ved en lavere temperatur enn bly. I tillegg gjenstår mekanismen for fordampning av bly å bli studert videre. Fordampningstemperaturen til blyoksid i den hydrotermiske syntesen av PzT-pulver er 924,71. c, og reaksjonstemperaturen mellom partiklene ̈ . Reaksjonstemperaturen mellom fastfasesyntese P ZT-pulverpartikler ved 26 ° C var 47. c. Oksydasjonstemperaturen til blyoksid er 29 ° C; den laveste eutektiske temperaturen til P ZT-systemet er 838. c. Det kan sees at rimelige prosesstiltak må tas i henhold til fordampningsmekanismen til bly og fremstillingsmetoden for PZT-pulver for å redusere blyfordampning og forbedre ytelsen til PZT-produkter.
5 Doping
Studier har vist at PZT-produktytelse er nært beslektet. For tiden, for studiet av PZT-materialer, er zr/Ti hovedsakelig konsentrert i området 53/47 og 95/5. Å stole utelukkende på forskjellige zr/T- for å forbedre ytelsen til PZT-produkter kan imidlertid ikke oppfylle kravene til PZT-produkter på forskjellige felt. Det er også nødvendig å forbedre produktene ved å velge en passende mengde tilsetningsstoffer på grunnlag av zr/Tl. mens den reduserer effekten av svingninger i zr/Ti på ytelsesstabiliteten til pzt-artikler. Tilsetningsstoffet kan være gjensidig oppløselig i hovedkrystallgitteret og kan utfelles i korngrensen i form av den andre fasen. når det ikke er gjensidig løselig. Som andre fase påvirkes korngrensen, noe som påvirker bindekraften eller korngrenseegenskapen mellom krystallkornene. Hovedeffektene av doping inkluderer dannelse av ledige stillinger, hemming av kornvekst, dannelse av bovin væskefase og utvidelse av sintringstemperaturområdet. Samtidig, i henhold til rollen til dopingmidlet i PZT piezoelektrisk keramikk, kan det deles inn i tre typer: donordoping, akseptordoping og variabel ionisk sammensatt doping. I dopingmodifikasjonsstudien av PZT piezoelektrisk keramikk er La, Mn2- og Nb studert i store mengder. Effekten av dopede Nbzos på PzT65/35-materiale fremstilt ved fastfasemetoden ble studert. Det ble funnet at tilsetning av niob betydelig fremmet fortetting og sintring, og hemmet veksten av niob med økningen av niobinnholdet på grunn av Nb0. Forsterkningen av den oktaedriske elektrostatiske virkningen fører til at belastningen av den romboide enhetscellen til PzT blir anstrengt. Enhetscellen har en tendens til å bli strukket på overflaten, noe som gjør produktet lett å polarisere, og bidrar også til å forbedre dets antialdringsegenskaper. Grensen for 'løselighet' i PZT-materialet er 7 mol%. Når mengden er mindre enn 7. er aluminium og perovskittkrystallgitteret fullstendig gjensidig oppløselige. På dette tidspunktet er produktet helt i perovskittfasen. Den viser donorurenhetsegenskaper; når tilsatt i en mengde større enn 7 mol, vil overskudd av rutenium reagere med bly eller titan, noe som resulterer i produksjon av en andre fase, slik som en fluorittfase, som reduserer de dielektriske og piezoelektriske egenskapene til gjenstanden. Effekten på mikrostrukturen og piezoelektriske egenskaper til PZT-materialer, og valenstilstanden til mangan i PZT-materialer ble bestemt av EsR. Resultatene viser at løseligheten av mangan i Pz-butylmaterialer hovedsakelig er i form av Mn og Mn5+. 1,5nlol', når manganinnhold
4. Aldring
Aldring refererer til egenskapen at de elektriske ytelsesparametrene til PZT-artikler endres med tiden. Vi vet at PZT piezoelektrisk keramikk tilhører ABO. Perovskittstrukturen består av tre krystallfaser av kubisk, tetragonal og romboedrisk. I henhold til zr/T1 kan forskjellige krystallfaser produseres, og det aktiverte kationet er type A-ion. Under curie-temperaturen går ionene av A- eller B-typen inn i en bestemt posisjon, og produserer spontan polarisering og danner domener, men vinkelen mellom tilstøtende domener kan bare være 90 eller 180. Dette skyldes enten Den spontane polariseringen av den ferroelektriske domenestrukturen tillater orienteringen til å være ekvivalent med den ferroelektriske strukturen til den proto-aksisiske strukturen. ferroelektrisk kropp. Samtidig er den ferroelektriske domenestrukturen også begrenset av den spontane belastningen av krystallen. Fasen må sikre at den spontane belastningen som genereres av de tilstøtende domenene i domeneveggene kan være kompatible, slik at vinkelen på de tilstøtende domenene til F bare kan være 90 eller 180. Samtidig må de sintrede piezokeramiske produktene være i sterk likestrøm. Under påvirkning av feltet tvinges den spontane polarisasjonen til hvert domene til å bli justert, og genererer derved den gjenværende polarisasjonen, det vil si utviser en piezoelektrisk effekt. Den polariserte PZT piezoelektrisk keramisk skive blir tvunget til å jage intracelleforstyrrelsen på grunn av det elektriske polarisasjonsfeltet. Arrangementet med 90 slakk og 180. domenestyring, ordnet arrangement og den spontane polarisasjonsaksen i enhetscellen er litt lengre enn den ikke-spontane polarisasjonsaksen, og tøyningsbrønnen genererer en stor indre spenning når den svinger. Etter å ha fjernet det eksterne elektriske feltet, forårsaker denne interne spenningen den indre ubalansen i enhetscellen. og lagre mer intern energi, noe som fører til de 90 som er snudd. Det nye domenet gjenopprettes til det uordnede arrangementet før polarisering for gradvis å frigjøre det indre stresset. Derfor er den gjenværende polarisasjonen relatert til disse. Uordnede og gradvis avtagende, dielektriske og piezoelektriske parametere vil endres tilsvarende. Det kan sees at uorden i nye domener er roten til aldringsmekanismen. Aldringslovene inkluderer generelt lineære, ikke-lineære og gradvise. Det er tre typer nesten-lineære. Faktorene som påvirker aldring av PZT-produkter inkluderer eksterne og interne faktorer. Ytre faktorer er knyttet til bruksmiljøet. Interne faktorer som temperatur og fuktighet er nært knyttet til domenestruktur og domenebevegelse, som skyldes høyt elektrisk felt. Polarisasjonsinversjonsprosessen fullføres ved bevegelse av domenevegger og generering og bevegelse av nye domenevegger. Domenestrukturen er nært knyttet til mikrostrukturen etter sintring som kornstørrelse, korngrense osv. Når kornstørrelsen er liten .Når størrelsen på domeneveggen er lik, vil utviklingen av den ferroelektriske domenestrukturen og bevegelsen av domeneveggen bli hindret. Nærmere bestemt, når kornstørrelsen øker, reduseres korngrensevolumfraksjonen, og koblingen mellom korngrensen og domeneveggen avtar. Domeneorienteringen er vanskeligere, og domeneveggens bevegelse er sterkt undertrykt, slik at gjenværende polarisasjon og dielektrisk konstant øker med økningen av kornstørrelsen, og tvangsfeltstyrken avtar. Tykkelsen og egenskapene til korngrensen har også betydning for domenestrukturen. Korngrensen er gunstig for utviklingen av domenet på tvers av korngrensen og forbedrer piezoelektrisiteten til produktet.
