Language
Visningar: 12 Författare: Webbplatsredaktör Publiceringstid: 2019-10-29 Ursprung: Plats
PZT piezoelektrisk keramik har egenskaperna för hög curietemperatur, stark piezoelektricitet, enkel dopningsmodifiering och god stabilitet. Sedan 1960-talet har det varit en het plats för uppmärksamhet och forskning, och den har dominerat området för piezoelektrisk keramik. När det gäller beredningsprocessen av PZT piezoelektrisk keramik har Pzt-pulversyntes och förtätningssintring störst inflytande på kvaliteten på PzT-produkter. PzT ultrafint pulver har fördelarna med fin partikelstorlek, stor specifik yta och hög reaktivitet, vilket kan minska sintringstemperaturen, minska blyförångningen, säkerställa noggrann stökiometri och förbättra prestandan hos PZT-produkter. Därför har beredningen av ultrafint PZT-pulver blivit undervattens piezorör . Fokus för forskning inom elkeram. Under de senaste åren har många nya metoder utvecklats för att studera ultrafina PZT-pulverberedning. Förutom den traditionella fasfasmetoden inkluderar fastfasmetoden mikrovågsstrålningsmetoden, mekanisk kemisk metodport och reaktionssintringsmetoden. Vätskefasmetoden har fördelarna med låg syntestemperatur, enkel utrustning, enkel drift, låg kostnad, etc., och som har använts för framställning av PZT-pulver, såsom sol-gel-metoden, hydrotermisk metod, utfällningsmetod'. Det finns dock fortfarande många brister i beredningen och prestandan av PZT piezoelektriska keramer, inklusive pulveragglomereringsegenskaperna ovan och pulveragglomereringen av produkten ovan. problem och forskningens framsteg för att lösa dessa problem diskuteras enligt följande, och några förslag för utveckling av Pzt piezoelektrisk keramik läggs fram.
1 pulveragglomeration
Pulveragglomerering inkluderar i allmänhet mjuk agglomerering och hård agglomerering. Mjuk agglomeration bildas genom förstärkning och interaktion av van der Waals kraft, elektrostatisk attraktion och kapillärkraft mellan partiklar när storleken på pulverpartiklarna minskar; hård agglomeration beror på den kemiskt bundna bindningen mellan grupperna. Verkan bildar en överbryggande syrebindning, och den överbryggande syrekedjan mellan partiklarna interagerar för att bildas. Agglomerationsproblemet är den viktigaste faktorn som påverkar den utmärkta prestandan hos ultrafint PzT-pulver, och det påverkar också i hög grad kvaliteten på PZT-produkter. Detta beror på att PZT-material är funktionella material. De grundläggande kraven för syntetiska pulver är hög renhet, ultrafin, enhetlig partikelstorleksfördelning, god dispersion, stökiometrisk noggrannhet och enhetlig dopning. Dessutom. Förekomsten av agglomeration i PZT piezokeramiska rörvismutsyntes kommer att leda till en minskning av bulkdensitet och ojämn morfologi, och kommer att introducera ett stort antal porer som resulterar i den ojämna mikrostrukturen, vilket allvarligt påverkar densiteten hos den sintrade kroppen, och kan också leda till den andra sintringsprocessen. Sekundär omkristallisation, vilket reducerar de piezoelektriska och termoelektriska egenskaperna hos PZT-artikeln. Därför är minskning eller undvikande av agglomerering i syntesen av ultrafint PzT-pulver en förutsättning för framställning av högpresterande PZT piezoelektrisk keramik. Agglomerationen vid framställningen av PZT-pulver inkluderar två former av mjuk och hård agglomerering. Agglomerationsmekanismen är också olika för olika pulverframställningsmetoder. Den traditionella fastfasmetoden för att syntetisera PZT-pulver kännetecknas av upprepad kulmalning och hög kalcineringstemperatur. Upprepad kulmalning introducerar inte bara föroreningar, utan även övermalning leder till bildandet av agglomeration. Framför allt använder den utvecklade mekanokemiska metoden huvudsakligen mekanisk energi som slutför PZT-fassyntesen, och bolltiden är lika lång som himlen. Det är lättare att införa föroreningar och orsaka pulveragglomerering. För hög kalcineringstemperatur kan också orsaka agglomerering av pulver. Vätskefasmetoden används för att syntetisera PZT-pulver. Eftersom fastfaspartiklar bildas i vätskefasen genomgår de i allmänhet kärnbildning, tillväxt, koalescens och agglomerering. Därför kan den agglomererade strukturen bildas när den är en fastfaspartikel bildad i vätskefasen. På grund av den bruna rörelsen är partiklarna nära varandra. När den kinetiska energin mellan partiklarna är större än barriären som bildar agglomeratet, mellan de ömma partiklarna under inverkan av rörelsen, återförenas de varandra. För det andra, i processen med fast-vätskeseparation, med eliminering av den sista delen av vätskefasen, förs fastfaspartiklarna nära varandra på grund av ytspänningen. Speciellt syntesen av PZT-pulver med vatten som lösningsmedel. Spåren av vatten som så småningom blir kvar mellan partiklarna kommer att binda partiklarna och partiklarna tätt samman av väte. Dessutom kalcineras den beredda PZT-pulverprekursorn i allmänhet vid 500 till 700° C, vilket också kan orsaka pulveragglomerering, och kan också få de bildade agglomeraten att förvärra bildningen av agglomererade strukturer på grund av lokal sintring. Det kan ses att P ZT-pulver framställs genom samutfällningsmetod. Varje steg av samutfällning, korntillväxt till sköljning, torkning och kalcinering av fällningen kan resultera i partikeltillväxt och bildning av agglomerat. Beroende på bildandet av agglomeration kan reducering eller undvikande av partikeltillväxt och agglomeration vid framställningen av ultrafint PZT-pulver övervägas från följande aspekter: en är separationen av kärnbildning och tillväxtprocess, främja kärnbildning, kontrollera tillväxt; säkerställa hög kärnbildningshastighet tio tillväxthastigheter, det vill säga att säkerställa att PZT-pulverprekursorn genereras under en stor grad av underkylning eller hög övermättnad. Den andra är förhindrandet av PZT-pulveragglomerering. Detta inkluderar hur man inhiberar bildandet av agglomeration under pulverframställning och hur man eliminerar agglomeration efter agglomeration. Metoden för att hämma agglomerering under pulverframställning inkluderar: (1) val av rimliga reaktionsbetingelser (såsom PH-värde, reaktionskoncentration och temperatur, ); (2) specialbehandling under pulversyntes eller torkning; inklusive pulversyntesprocessen ytaktivt medel tillsätts och filtreras med ett organiskt lösningsmedel, och ytspänningen hos det ytaktiva medlet är låg. Därför kan en pulverprekursor med en lättare grad av agglomeration erhållas; en speciell torkningsprocess används i torkningsprocessen, främst frystorkning, superkritisk torkning, och fjärrinfraröd torkning, etc. Grundprincipen är att eliminera gas-vätskan med stor ytspänning. Gränssnittet eller partiklarna är fixerade och kan inte vara nära varandra. Till exempel är lyofilisering att använda en låg temperatur och ett negativt tryck för att sublimera det råa flytande mediet fruset till en fast fas under ett negativt tryck, eftersom fastfaspartiklarna fryses i det råa flytande mediet. Och det finns ingen gränsyta mellan gas och vätska med stor ytspänning i kapillären mellan partiklarna, vilket undviker problemet med allvarlig agglomeration som orsakas av vätskebryggan.
(3) Välj de bästa kalcineringsförhållandena eller använd speciella processer, såsom användning av mikrovågsuppvärmning utan värmeöverföring, hög energieffektivitet och andra egenskaper för att ersätta den traditionella elektriska högtemperaturugnen, vid 600. c .Ett enkomponent PZT-pulver erhölls. Metoder för att eliminera agglomeration efter bildning av agglomerat är avsättning eller sedimentering, malning och ultraljudsbehandling, tillsats av ett dispergeringsmedel och liknande. Till exempel, Wang Xicheng ' använder metallalkoxid och nitrat som råmaterial, kontrollerar strikt generering av samutfällning, tvättning och urvalsförhållandena för dispersionen, använder frystorkningsteknik och genomgår sedan en rimlig kalcineringsprocess för att bilda en enhetlig sammansättning utan hård agglomerering. Kropp, enkel perovskitfas av mikron-2sintrerad Pz/4-sintrande fas, hög-5T4) mikropulver bildas av kall isostatisk pressning (cIP) teknologi, förtätningssintring kan uppnås vid 800 ° C och dess relativa densitet uppnås.
Inverkan av stökiometrisk stökiometri på kvaliteten på PZT-produkter inkluderar huvudsakligen z-aspekter: För det första gör blyförångningen under sintringsprocessen av PZT piezoelektrisk keramik att komponenterna avviker från den exakta stökiometrin och produkternas prestanda minskar; å andra sidan zr/ i komponenterna. Fluktuationen av Ti påverkar stabiliteten hos PzT-produktens prestanda. Blyförångning anses generellt bero på den höga sintringstemperaturen hos PZT piezoelektriska keramer. Blyoxid har ett relativt högt mättat ångtryck i högtemperaturmiljö, vilket leder till blyförångning. Ju högre det mättade ångtrycket är, desto lättare förflyktigas bly, och zr med ökningen av /Ti ökar sintringstemperaturen för PZT piezoelektrisk keram, och det mättade ångtrycket för blyoxid ökar gradvis. Blyförlusten kommer att bli allvarligare, så hög zr/Ti PzT piezoelektrisk keramik är svårare att sintra, och för lågt syrepartialtryck under sintring kommer att leda till blyförångning. PZT-materialet framställt genom den konventionella fastfasmetoden har en sintringstemperatur av i allmänhet 1200 på grund av den låga aktiviteten hos det syntetiska pulvret. Det är lätt att orsaka en stor mängd blyförångning, produktens prestanda är inte hög, så fastfasmetoden för PZT-produkter är svår att uppfylla de höga prestandakraven för tillämpningsområdet. För närvarande är de viktigaste åtgärderna som vidtagits av materialforskare hemma och utomlands för blyförångning som följer: Först tillsätts överskott av bly till pulversyntesen. Överskott av bly tillsätts. I det inledande steget av sintringen, på grund av bildningen av vätskefas, kan kontaktarean för reaktanterna ökas, diffusionshastigheten för zirkonium, titan och dopämnen kan accelereras och produktens enhetlighet kan förbättras; den bildade vätskefasen kan också påskynda diffusionsrörelsen av upplösning och utfällning, vilket bidrar till omarrangemang och tät packning av partiklarna, påskynda förtätningen av produkten. Men när mängden bly som tillsätts är för mycket, kommer överskottet av bly att avsättas på kristallen å ena sidan, vilket kommer att minska produktens prestanda. Å andra sidan kommer det lätt att orsaka att den lokala koncentrationen av titan i PzT-komponenten blir för hög, och lösligheten i blyoxiden i flytande fas är stor torr zrOz. Löslighet, vilket resulterar i en hög lokal titanhalt i PZT-produkten efter sintring, speciellt vid korngränsen. Därigenom påverkas enhetligheten i produktens mikrostruktur och produktens prestanda reduceras. Tillsatsen av överskott av bly påverkar de mekaniska egenskaperna hos PZT piezoelektriska keramiska komponenter: när produkten är för mycket bly, är en frakturmod en transgranulär fraktur. För det andra, i sintringsprocessen av produkten, enligt förångningsmekanismen för bly, antas ett rimligt sintringssystem och speciella åtgärder. Det används i stor utsträckning för att lägga till ett sintringsatmosfärsark och en dubbelskiktsvismutteknik för att sintra och kontrollera sintringsatmosfären så att den blir en oxiderande atmosfär. Detta kommer att minska blyförångningen och förhindra svärtning av produkten. Under en reducerande atmosfär reduceras Ti lätt till T1 ̈ för att göra produkten mörkare.
Det tredje är att tillsätta en lämplig mängd dopämnen. Doping minskar blyförångningen och förbättrar å andra sidan PzT-produktens prestanda. Det fjärde är att ytterligare studera syntesen av högaktivt PZT-pulver, så att PZT piezoelektrisk keramik kan förtätas och sintras vid en lägre temperatur än bly. Dessutom återstår mekanismen för förflyktigande av bly att studeras ytterligare. Förångningstemperaturen för blyoxid i den hydrotermiska syntesen av PzT-pulver är 924,71. c, och reaktionstemperaturen mellan partiklarna ̈ . Reaktionstemperaturen mellan PZT -pulverpartiklarna i fast fassyntes vid 26° C var 47. c. Oxidationstemperaturen för blyoxid är 29 ° C; den lägsta eutektiska temperaturen i P ZT-systemet är 838. c. Det kan ses att rimliga processåtgärder måste vidtas i enlighet med blyets förångningsmekanism och beredningsmetoden för PZT-pulver för att minska blyförångningen och förbättra prestandan hos PZT-produkter.
5 Doping
Studier har visat att PZT-produktens prestanda är nära relaterad. För närvarande, för studier av PZT-material, är zr/Ti huvudsakligen koncentrerad till intervallet 53/47 och 95/5. Att enbart förlita sig på olika zr/T- för att förbättra prestandan hos PZT-produkter kan dock inte uppfylla kraven för PZT-produkter inom olika områden. Det är också nödvändigt att förbättra produkterna genom att välja någon lämplig mängd dopämnen på basis av zr/Tl. samtidigt som effekten av fluktuationer i zr/Ti reduceras på prestandastabiliteten hos pzt-artiklar. Tillsatsen kan vara ömsesidigt löslig i huvudkristallgittret och kan fällas ut i korngränsen i form av den andra fasen. När den är ömsesidigt löslig kan den kristallina huvudfasens prestanda eller struktur ändras beroende på mängden tillsats; när det inte är ömsesidigt lösligt. Som den andra fasen påverkas korngränsen, vilket påverkar bindningskraften eller korngränsegenskapen mellan kristallkornen. De huvudsakliga effekterna av dopning inkluderar bildning av vakanser, hämning av korntillväxt, bildning av nötkreatursvätskefas och expansion av sintringstemperaturområdet. Samtidigt, beroende på dopmedlets roll i den piezoelektriska PZT-keramen, kan den delas in i tre typer: donatordoping, acceptordopning och variabel jonisk sammansatt dopning. I dopningsmodifieringsstudien av PZT piezoelektrisk keramik har La, Mn2- och Nb studerats i stora mängder. Effekten av dopade Nbzos på PzT65/35-material framställt med fastfasmetoden studerades. Det visade sig att tillsatsen av niob avsevärt främjade förtätning och sintring och hämmade tillväxten av niob med ökningen av niobhalten på grund av Nb0. Förstärkningen av den oktaedriska elektrostatiska verkan gör att stammen av den romboida enhetscellen av PzT blir ansträngd. Enhetscellen tenderar att sträckas på ytan, vilket gör produkten lätt att polarisera och bidrar också till att förbättra dess anti-aging-egenskaper. Gränsen för 'löslighet' i PZT-materialet är 7 mol%. När mängden är mindre än 7, är aluminium- och perovskitkristallgittret fullständigt ömsesidigt lösliga. Vid denna tidpunkt är produkten helt i perovskitfasen. Det uppvisar donatorföroreningsegenskaper; när det tillsätts i en mängd större än 7 mol, kommer överskott av rutenium att reagera med bly eller titan, vilket resulterar i produktionen av en andra fas, såsom en fluoritfas, som minskar de dielektriska och piezoelektriska egenskaperna hos artikeln. Effekten på mikrostrukturen och piezoelektriska egenskaper hos PZT-material och valenstillståndet för mangan i PZT-material bestämdes av EsR. Resultaten visar att mangans löslighet i Pz-butylmaterial huvudsakligen är i form av Mn och Mn5+. 1,5nlol', när manganinnehåll
4. Åldrande
Åldrande hänvisar till egenskapen att de elektriska prestandaparametrarna för PZT-artiklar förändras med tiden. Vi vet att PZT piezoelektrisk keramik tillhör ABO. Perovskitstrukturen omfattar tre kristallfaser av kubisk, tetragonal och romboedrisk. Enligt zr/T1 kan olika kristallfaser produceras, och den aktiverade katjonen är typ A-jon. Under curie-temperaturen går jonerna av A- eller B-typ in i en viss position, producerar spontan polarisation och bildar domäner, men vinkeln mellan angränsande domäner kan bara vara 90 eller 180. Detta beror på antingen Den spontana polariseringen av den ferroelektriska domänstrukturen tillåter orienteringen att vara ekvivalent med den ferroelektriska domänstrukturen i den prototypiska strukturen i proto-axisen. ferroelektrisk kropp. Samtidigt är den ferroelektriska domänstrukturen också begränsad av den spontana töjningen av kristallen. Fasen måste säkerställa att den spontana spänningen som genereras av de intilliggande domänerna i domänväggarna kan vara kompatibla, så vinkeln på de intilliggande domänerna av F kan bara vara 90 eller 180. Samtidigt måste de sintrade piezokeramiska produkterna vara i stark likström. Under inverkan av fältet tvingas den spontana polariseringen av varje domän att anpassas, vilket genererar den kvarvarande polariseringen, det vill säga uppvisar en piezoelektrisk effekt. Den polariserade PZT piezoelektrisk keramisk skiva tvingas jaga intracellstörningen på grund av det elektriska polarisationsfältet. Arrangemanget med 90 slack och 180. domänstyrning, ordnat arrangemang och den spontana polarisationsaxeln i enhetscellen är lite längre än den icke-spontana polarisationsaxeln, och töjningsbrunnen genererar en stor intern spänning när den svänger. Efter att det externa elektriska fältet har avlägsnats orsakar denna inre spänning enhetscellens inre obalans. och lagra mer intern energi, vilket leder till de 90 som har vänts. Den nya domänen återställs till det oordnade arrangemanget före polarisering för att gradvis släppa den inre stressen. Därför är den kvarvarande polarisationen relaterad till dessa. Disorderande och gradvis minskande, dielektriska och piezoelektriska parametrar kommer att ändras i enlighet med detta. Det kan ses att störningen av nya domäner är roten till åldringsmekanismen. Åldrandelagarna inkluderar i allmänhet linjära, icke-linjära och gradvisa. Det finns tre typer av nästan linjära. De faktorer som påverkar åldrandet av PZT-produkter inkluderar externa och interna faktorer. Externa faktorer är relaterade till användningsmiljön. Interna faktorer som temperatur och luftfuktighet är nära relaterade till domänstruktur och domänrörelse, vilket beror på högt elektriskt fält. Polarisationsinversionsprocessen fullbordas genom förflyttning av domänväggar och generering och förflyttning av nya domänväggar. Domänstrukturen är nära relaterad till mikrostrukturen efter sintring såsom kornstorlek, korngräns etc. När kornstorleken är liten .När storleken på domänväggen är liknande kommer utvecklingen av den ferroelektriska domänstrukturen och domänväggens rörelse att hindras. Närmare bestämt, när kornstorleken ökar, minskar korngränsvolymfraktionen, och kopplingen mellan korngränsen och domänväggen minskar. Domänorienteringen är svårare och domänväggens rörelse är kraftigt undertryckt, så den kvarvarande polarisationen och dielektricitetskonstanten ökar med ökningen av kornstorleken och koercitivfältstyrkan minskar. Korngränsens tjocklek och egenskaper påverkar också domänstrukturen. Korngränsen är gynnsam för utvecklingen av domänen över korngränsen och förbättrar produktens piezoelektricitet.
