Analyse: Piëzo-elektrische keramiek op hoge temperatuur
Piëzo-elektrische keramiek op hoge temperatuur omvat alkalimetaalniobaat, wolfraambronsstructuur, perovskietstructuur en bismut-gelaagde structuur. De Curietemperatuur ligt over het algemeen onder de 900℃, wat verre van voldoet aan de speciale behoeften van velden met ultrahoge temperaturen, zoals de ruimtevaart. Daarom is het erg belangrijk om piëzo-elektrische keramiek met ultrahoge temperaturen te bestuderen.
Piëzo-elektrische keramiek met ultrahoge temperatuur verwijst naar een klasse materialen met een Curie-temperatuur hoger dan 900 ℃. Momenteel wordt het onderzoek naar piëzo-elektrisch keramisch materiaalsysteem met hoge prestaties en ultrahoge Curie-temperatuur in binnen- en buitenland uitgevoerd, en de ontwikkeling van piëzo-elektrisch keramisch materiaal met ultrahoge Curie-temperatuur (TC) en goede stabiliteit is er één geworden van de huidige onderzoekshotspots.
1. perovskietstructuur piëzo-elektrisch keramisch materiaal op hoge temperatuur
Zuiver loodtitanaat is een tetragonale perovskietstructuur bij normale temperatuur, met een kleine diëlektrische constante, hoge piëzo-elektrische eigenschappen, grote piëzo-elektrische anisotropie en hoge Curie-temperatuur (TC = 490 ℃), dus het is geschikt om bij hoge temperaturen te werken. Omdat puur loodtitanaatkeramiek echter moeilijk te sinteren is, kan het kristal, wanneer het door het Curiepunt afkoelt, gemakkelijk uit zichzelf barsten onder invloed van interne spanning. De grote axiale verhouding maakt het coërcitieve veld groot en moeilijk te polariseren. Daarom gebruiken veel onderzoekers doping om vaste smelt te vormen om dit probleem op te lossen, en hebben ze goede onderzoeksresultaten behaald.
Pb(Zr, Ti)O3(PZT) piëzo-elektrisch keramisch materiaal is een van de meest gebruikte en succesvolle piëzo-elektrische keramische materialen vanwege zijn uitstekende piëzo-elektrische eigenschappen. Het wordt veel gebruikt bij het maken van piëzo-elektrische actuatoren, sensoren, filters, microverdringers, piëzo-elektrische gyroscopen en andere elektronische componenten.
Wanneer de molaire verhouding van zirkonium tot titanium Zr: Ti = 53: 47 is, bevindt PZT zich in het MPB-gebied tussen de driefasige en de vierfasige fase. Op dit moment zijn de ijzerspanning en de elektrische eigenschappen van het materiaal beter, maar het Curie-punt is ongeveer 330 ℃ en de veilige gebruikstemperatuur is lager, dus de toepassing ervan kan alleen worden beperkt tot het lagere temperatuurgebied. Onderzoek toont aan dat de verbinding met ABO3 perovskietstructuur en een hoger Curiepunt een meercomponenten vaste oplossing vormt met PZT, die de piëzo-elektrische eigenschap stabiel kan houden in een hoger temperatuurbereik zonder structurele faseverandering, dat wil zeggen met een hoger Curiepunt.
2. Wolfraambronsstructuur piëzo-elektrische keramiek op hoge temperatuur
Piëzo-elektrische keramiek van wolfraambrons is een soort veelbelovende elektro-optische kristalmaterialen met de kenmerken van grote spontane polarisatie, hoge Curie-temperatuur, lage piëzo-elektrische diëlektrische constante en grote optische niet-lineariteit. Bovendien hebben structurele verbindingen van niobaatwolfraambrons veel aandacht getrokken als belangrijke piëzo-elektrische keramische materialen voor hoge temperaturen. PbNb2O6 heeft een tetragonale wolfraambronsstructuur, een hoge Curietemperatuur (TC=570℃), een lage kwaliteitsfactor Qm, en is niet gemakkelijk te depolariseren bij het naderen van het Curiepunt. De d33/d31-waarde is groot en de longitudinale elektromechanische koppelingscoëfficiënt is veel groter dan de transversale en vlakke elektromechanische koppelingscoëfficiënten, dus deze is vooral geschikt voor het voorbereiden van hittebestendige transducers.
Loodmetaniobaat heeft een groot toepassingsperspectief. Er zijn veel soorten ferro-elektrische apparaten met een wolfraambronsstructuur. Verdere modificatie en theoretisch onderzoek naar ferro-elektrische materialen met een wolfraambronsstructuur met een hoog Curiepunt zijn belangrijke manieren om piëzo-elektrische keramiek op hoge temperatuur met een wolfraambronsstructuur met uitstekende prestaties te verkrijgen.
3. bismut gelaagde structuur piëzo-elektrisch keramisch materiaal op hoge temperatuur
Bismuth Layer Structured Ferroelectric (BLSF) is een potentieel loodvrij piëzo-elektrisch keramisch materiaal voor hoge temperaturen met de chemische formule (Bi2O3) 2+-(AM-1BMO3M+1) 2-. Vergeleken met loodzirkonaattitanaatkeramiek heeft BLSF de kenmerken van een lage diëlektrische constante, sintertemperatuur en verouderingssnelheid, hoge weerstand, duidelijke anisotropie van mechanische koppelingscoëfficiënt, hoge Curietemperatuur (TC>500 ℃), goede tijd- en temperatuurstabiliteit van de resonantiefrequentie, enz. Daarom zijn dit soort materialen vooral geschikt voor het maken van filters en piëzo-elektrische apparaten in velden met hoge temperaturen en hoge frequenties.
De toepassing van piëzo-elektrische keramische materialen op hoge temperatuur heeft een zeer breed perspectief en is ook een actueel onderzoeksonderwerp in binnen- en buitenland. Als piëzo-elektrisch keramisch materiaal op hoge temperatuur mag het geen structurele transformatie ondergaan bij een hogere temperatuur om de piëzo-elektriciteit ervan te beïnvloeden, en de verschillende prestatieparameters hebben uitstekende service-eigenschappen bij hoge temperaturen, om stabiel en betrouwbaar te werken in een hoge temperatuurtoestand voor een lange tijd. Tegelijkertijd zullen, met de ontwikkelingstrend van miniaturisatie en integratie van elektronische componenten, piëzo-elektrische dunne-filmmaterialen op hoge temperatuur in de toekomst ook een onderzoekshotspot worden.
