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Pb0和PZT95/5铁电陶瓷结构和性能的关系

June 22, 2019 氧化铝陶瓷 162

  PZT是PbZrO3和PbTi03的钙钛矿结构固溶体。由于其优异的电性能,它在科学研究和工业生产中发挥着重要作用。随着锆钛比(Zr/Ti)的变化,其性能和用途也会相应变化。因此,基于PZT的铁电陶瓷近几十年来,氧化铝陶瓷它一直是压电和铁电领域研究的重点。 PZT95/5铁电陶瓷是接近95/5的锆钛钛酸盐铁电陶瓷材料的总称,这种陶瓷是在直流电场下极化后的亚稳铁电相。电荷结合在电极表面上,当施加足够大的应力时,铁电相可以转变成反铁电相,去极化并释放。束缚电荷,利用PZT95/5陶瓷的这种特性,可以产生高能脉冲功率,铁电爆炸力,爆炸中子发生器等。然而,PZT基陶瓷的烧结温度相对较高(通常为1200-1300℃),Pb0挥发严重,这导致配方容易偏离设计组成,导致产品性能下降。

       随着Zr/Ti的增加,PZT陶瓷的烧结温度会更高。可以看出,PZT95/5铁电陶瓷烧结过程中的Pb0挥发问题更为严重。为了减少铅挥发对陶瓷组件的偏差和性能的不利影响,弹性填料低温活化烧结,高活性PZT粉末的制备,以及经常使用成分时添加过量的Pb0。其中,添加过量的Pb0对于补偿烧结过程中的铅挥发具有积极的意义,Pb0在烧结过程中也会产生液相,有利于降低烧结温度,促进陶瓷的致密化。

  目前,研究人员对Pb0含量对PZT基陶瓷D-121及其复合材料os1在标准相界附近的结构和性能的影响做了大量工作,但Pb0过量影响PZT95 /的结构5个陶瓷。对性能的研究很少有报道。本文通过改变设计中的铅含量,研究了Nb掺杂的Pb0.99(Zr0.95Ti0.05)0.98Nb0.02O3铁电陶瓷(PZT95/5)的烧结致密化及其结构和性能。将合成粉末进一步进行球磨和干燥,然后通过200目筛和适量的5质量%PVA溶液造粒,并在200MPa下模塑。将生坯在600℃下浇铸,然后埋入铅保护气氛中的密封氧化铝坩埚中,并在1200℃下烧结2小时。将烧结的样品平滑,洗涤,然后用银膏涂覆,并在700℃下烧制20分钟以烧制银。通过在100℃下在硅油中施加3000V/min的DC电压15分钟来极化银之后的样品,并且在静置24小时后测量电性能。

     烧结陶瓷的相分析通过X射线衍射仪(D/Max-RB),铜靶,λ=1.5406A进行;通过扫描电子显微镜(TM-I000)观察样品的横截面形态。根据布拉格方程2d sinθ=nλ其中(毛巾d是晶面间距,θ是衍射角,λ是X射线的波长),随着铅含量的增加,衍射角θ为θ;然后,晶莹剔透的间距d变大,即晶胞增大。这表明过量的铅会在晶格中引入额外的Pb2 +(半径1.18A)离子,导致晶胞体积增加。

  当x=2%时,体积密度达到最大值7.69g/cm3,但是当x>时在3%时,密度开始下降,因为超过2%的铅可以提供足够的液相以促进陶瓷致密化,并且持续增加的含量将阻碍。相对于烧结的液体的促进主要在烧结的早期阶段(低温部分),这有利于颗粒的重排和传质。然而,在烧结的中后期起主导作用的致密化机制是体积扩散和空位扩散(对于PZT陶瓷)。主要是Pb2 +空位和O2-空位是体积扩散的主要因素,促进了生坯的传质和致密化。当Pb0的量太大时,Pb2 +空位和O2-空位将降低空位扩散的效率。影响力。此外,高温下过量的PbO挥发性也会降低陶瓷的密度。没有添加过量PbO的样品具有小晶粒并且出现许多细颗粒,这可能是由于烧结温度太低导致晶粒生长不充分。

  然而,除了密度的影响之外,适度大的晶粒尺寸有利于畴的形成和转向。由于当引线过量时陶瓷颗粒较大,因此畴容易转动。此外,对于具有钙钛矿(ABO3)相的铁电陶瓷,自发极化是由氧八面体中B位阳离子的运动引起的。当单位晶胞太小时,氧八面体的内部空间很小。 B位阳离子被限制移动,从而减少自发极化。随着铅含量的增加,晶胞体积增大,为B位离子的运动提供了足够的空间,这有利于形成偶极子,增加自发极化,并增加介电常数和压电常数。当PbO过量时,介电和压电性能的降低主要是由于陶瓷孔隙率的增加,孔隙率的增加和主晶相的减少,其在单位体积中起主要作用。 

      Pb0含量对陶瓷的烧结致密化,结构和性能有很大影响。在1200℃的烧结温度下,过量的铅通过溶解到单元电池中而挥发并且高温,并且在小于4%的范围内没有引入第二相;随着铅含量的增加,样品的单位体积和晶粒尺寸增大,硬度降低;当铅含量超过2%时,陶瓷的最大密度为7.69g/cm3,最大相对介电常数为325,压电常数大,为67pC/N,机械强度不明显,整体性能更好比含有铅含量的其他样品更受欢迎。


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