Cercetări și progrese în tehnicile de sinterizare în fază lichidă la temperatură joasă a ceramicii piezoelectrice PZT

Ceramica cu titanat de zirconat de plumb (PZT) a fost utilizată pe scară largă în traductor ceramic piezoelectric polarizat datorită proprietăților lor excelente. Cu toate acestea, ceramica piezoelectrică conțin PZT are o temperatură de sinterizare relativ ridicată de aproximativ 1200 °C. Temperatura de oxidare a oxidului de plumb (PbO) este de aproximativ 800 °C. Prin urmare, este ușor să provocați volatilizarea PbO în timpul procesului de sinterizare, ceea ce nu numai că provoacă poluarea mediului, ci și determină ca compoziția reală a materialului ceramic să devieze de la formula proiectată, ceea ce duce la deteriorarea proprietăților electrice. În plus, odată cu dezvoltarea tehnologiei de montare la suprafață (SMT), dispozitivele cu cip multistrat sunt favorizate de piață pentru eficiența lor ridicată, miniaturizare și integrare funcțională. Cu toate acestea, temperatura ridicată de sinterizare a ceramicii piezoelectrice face dificilă realizarea unei co-ardere a materialului ceramic și a materialului electrodului. Dacă îmbunătățirea procesului se poate face din scăderea temperaturii de sinterizare, nu numai că are o valoare tehnică și economică importantă în suprimarea volatilizării PbO, ceea ce asigură proprietățile materialului, reducerea poluării mediului, prelungirea duratei de viață a echipamentului etc., dar și înlocuirea Pt și Pd cu Ag, Ni etc. economisirea energiei. În plus, cercetările aprofundate privind sinterizarea la temperatură scăzută pot promova dezvoltarea teoriei sinterizării. În prezent, metodele de proces pentru reducerea temperaturii de sinterizare a ceramicii includ procesul de sinterizare, procesul de măcinare și metoda de sinterizare în fază lichidă. Dintre acestea, procesul de sinterizare în fază lichidă este cel mai simplu, cel mai mic cost și este convenabil pentru aplicații industriale. Este unul dintre punctele fierbinți din industria piezoelectrică din țară și din străinătate pentru a studia sinterizarea la temperatură joasă a ceramicii piezoelectrice PZT prin sinterizarea în fază lichidă.

1 Mecanism de sinterizare în fază lichidă

Prin sinterizarea unui auxiliar de sinterizare cu punct de topire scăzut, cum ar fi Bi2O3, B2O3, SiO2, V2O5 etc., într-un material de bază piezoelectric PZT, adăugarea unei substanțe este capabilă să formeze o soluție solidă cu PZT, sinterizarea PZT. traductorul piezoelectric ceramica piezoelectrică aparține unei faze lichide. Faza lichidă care apare în timpul procesului de sinterizare va umezi particulele de corp verde și va umple porii dintre particule, ceea ce creează o tensiune superficială între particule. Mărimea tensiunii superficiale este legată de natura, cantitatea și dimensiunea particulelor fazei lichide. Sub acțiunea tensiunii superficiale, particulele curg și schimbă aranjamentul original și le rearanjează pentru a obține o împachetare mai strânsă între particulele verzi. În același timp, datorită prezenței fazei lichide, procesul de transfer de masă se va desfășura la interfața dintre faza lichidă și faza solidă, particulele mici se dizolvă treptat pentru a dispărea, iar particulele mari cresc continuu și în cele din urmă devin porțelan uniform și dens. Prezența unei faze lichide activează atomii de pe suprafața particulelor de pulbere. Faza de sticlă cu topire scăzută formată din diverși ajutoare de sinterizare cu topire scăzută este distribuită de-a lungul interfeței de contact a fiecărei particule, iar atomii sunt transportați prin difuzie în fază lichidă, iar coeficientul de difuzie este mare, astfel încât procesul de sinterizare este foarte accelerat, iar temperatura de sinterizare poate fi mărită decât atunci când faza lichidă nu are loc. Pentru a reduce acest lucru, următoarele trei cerințe trebuie îndeplinite ca aditivi pentru sinterizarea în fază lichidă: (1) faza lichidă ar trebui să apară la temperatura de sinterizare; (2) umectare bună la solide; (3) fază solidă în fază lichidă. Există o solubilitate semnificativă în ea.

2 moduri de a realiza sinterizarea în fază lichidă

Cel mai mare avantaj al ceramicii piezoelectrice PZT este că pot fi ajustate la o gamă largă de proprietăți electrofizice prin modificarea compoziției sau modificarea condițiilor externe pentru a se potrivi diferitelor nevoi. Utilizarea altor substanțe pentru a obține sinterizarea la temperatură joasă a ceramicii PZT nu numai că reduce temperatura de sinterizare, ci și optimizează proprietățile electrice ale acesteia. În plus, sinterizarea în fază lichidă la temperatură joasă poate fi realizată prin metoda convențională în fază solidă, iar procesul este simplu și industrializat. Sinterizarea în fază lichidă se realizează în principal în trei moduri: (1) materia solidă este transformată într-o soluție solidă cu corpul sinterizat; (2) aditivul formează o fază lichidă cu corpul sinterizat (3) aditivul formează o fază lichidă de tranziție cu corpul sinterizat.

3.1 Adăugarea la corpul sinterizat pentru a forma o soluție solidă

Când amestecul este aproape de dimensiunea particulelor, forma de cristal piezo și prețul electricității fazei de sinterizare, poate fi solubil reciproc pentru a forma o soluție solidă, ceea ce face ca faza principală de cristal să fie distorsionată prin rețea, iar defectele sunt crescute, astfel încât unele elemente structurale sunt într-o stare de neechilibru, care are o energie mare și este convenabilă. Deplasați pentru a promova sinterizarea.

2.2 Adăugarea substanței în corpul sinterizat formează o fază lichidă

Sinterizarea în fază lichidă se datorează adăugării de aditivi pentru ca sistemul să aibă un punct eutectic scăzut. Temperatura este semnificativ mai mică decât temperatura tradițională de sinterizare a traductor piezo rotund cu disc . Faza lichidă se formează în etapa inițială a sinterizării. Limita granulelor poate fi îmbunătățită datorită rearanjarii granulelor și întăririi contactului în sinterizarea în fază lichidă. Mobilitatea este de așa natură încât porii sunt suficient de descărcați, promovând astfel densificarea sinterizării și atingând scopul de a scădea temperatura de sinterizare. Cu toate acestea, adăugarea unei sticlă sau oxid cu punct de topire scăzut introduce o a doua fază, iar prezența prea multă a doua fază duce inevitabil la o scădere semnificativă a constantei dielectrice a ceramicii și trebuie remarcată o creștere a pierderii dielectrice tan δ.

2. 3 Adăugarea și corpul sinterizat formează o fază lichidă de tranziție.

Dacă piezoceramica poate forma o fază lichidă în stadiul inițial al sinterizării, iar compoziția fazei lichide poate volatiliza sau reintra în rețeaua principală a fazei cristaline la o temperatură ridicată, aceasta poate funcționa ca o modificare de dopaj. Astfel de aditivi cu punct de topire scăzut nu numai că pot reduce foarte mult temperatura de sinterizare, dar și pot evita formarea fazelor secundare prin adăugarea de flux, menținând astfel proprietățile piezoelectrice bune ale materialului de bază original, care este de mare importanță pentru economisirea energiei și reducerea poluării mediului.