Análisis: cerámica piezoeléctrica de alta temperatura
La cerámica piezoeléctrica de alta temperatura incluye niobato de metal alcalino, estructura de bronce de tungsteno, estructura de perovskita y estructura en capas de bismuto. Su temperatura de Curie generalmente es inferior a 900 ℃, lo que está lejos de satisfacer las necesidades especiales de los campos de temperatura ultraalta como el aeroespacial. Por lo tanto, es muy importante estudiar la cerámica piezoeléctrica de temperatura ultraalta.
La cerámica piezoeléctrica de temperatura ultraalta se refiere a una clase de materiales con una temperatura de Curie superior a 900 ℃. En la actualidad, la investigación sobre el sistema de material cerámico piezoeléctrico con alto rendimiento y temperatura de Curie ultra alta se está llevando a cabo en el hogar y en el extranjero, y el desarrollo de material de cerámica piezoeléctrico con temperatura de Curie (TC) ultra alta y buena estabilidad se ha convertido en uno de los puntos calientes de investigación actuales.
1. estructura de perovskita material cerámico piezoeléctrico de alta temperatura
El titanato de plomo puro es una estructura de perovskita tetragonal a temperatura normal, con pequeña constante dieléctrica, alta propiedad piezoeléctrica, gran anisotropía piezoeléctrica y alta temperatura de Curie (TC = 490 ℃), por lo que es adecuado para trabajar a alta temperatura. Sin embargo, como las cerámicas de titanato de plomo puro son difíciles de sinterizar, cuando el cristal se enfría a través del punto Curie, es fácil de romper por sí solo bajo la acción del estrés interno. La gran relación axial hace que su campo coercitivo sea grande y difícil de polarizar. Por lo tanto, muchos investigadores usan el dopaje para formar una masa fundida sólida para resolver este problema, y han logrado buenos resultados de investigación.
El material cerámico piezoeléctrico Pb (Zr, Ti) O3 (PZT) es uno de los materiales cerámicos piezoeléctricos más utilizados y exitosos debido a sus excelentes propiedades piezoeléctricas. Ha sido ampliamente utilizado en la fabricación de actuadores piezoeléctricos, sensores, filtros, micro-desplazadores, giroscopios piezoeléctricos y otros componentes electrónicos.
Cuando la relación molar de circonio a titanio es Zr: Ti = 53: 47, PZT se encuentra en la región MPB entre la fase trifásica y la fase cuatro. En este momento, el voltaje de hierro y las propiedades eléctricas del material son mejores, pero el punto Curie es de aproximadamente 330 ℃, y la temperatura de uso segura es menor, por lo que su aplicación solo puede limitarse a la región de temperatura más baja. La investigación muestra que el compuesto con estructura de perovskita ABO3 y un punto Curie más alto forma una solución sólida de múltiples componentes con PZT, que puede mantener la propiedad piezoeléctrica estable en un rango de temperatura más alto sin cambio de fase estructural, es decir, con un punto Curie más alto.
2. Estructura de bronce de tungsteno Cerámica piezoeléctrica de alta temperatura
La cerámica piezoeléctrica de bronce de tungsteno es una especie de prometedores materiales de cristal electroóptico con las características de gran polarización espontánea, alta temperatura de Curie, baja constante dieléctrica piezoeléctrica y gran no linealidad óptica. Además, los compuestos estructurales de bronce de tungsteno y niobato han atraído mucha atención como importantes materiales cerámicos piezoeléctricos de alta temperatura. PbNb2O6 tiene una estructura de bronce de tungsteno tetragonal, una temperatura alta de Curie (TC = 570 ℃), un factor de baja calidad Qm, y no es fácil de despolarizar al acercarse al punto Curie. El valor d33 / d31 es grande, y el coeficiente de acoplamiento electromecánico longitudinal es mucho mayor que los coeficientes de acoplamiento electromecánico transversal y plano, por lo que es especialmente adecuado para preparar transductores resistentes a altas temperaturas.
El metaniobato de plomo tiene una gran posibilidad de aplicación. Hay muchos tipos de ferroeléctricos con estructura de bronce de tungsteno. Las modificaciones adicionales y la investigación teórica sobre ferroeléctricos con estructura de bronce de tungsteno con alto punto de Curie son formas importantes de obtener cerámica piezoeléctrica a alta temperatura con estructura de bronce de tungsteno con excelente rendimiento.
3. estructura en capas de bismuto material cerámico piezoeléctrico de alta temperatura
El ferroeléctrico estructurado de capa de bismuto (BLSF) es un material cerámico piezoeléctrico a alta temperatura sin plomo potencial con la fórmula química (Bi2O3) 2 + - (AM-1BMO3M + 1) 2-. En comparación con la cerámica de titanato de circonato de plomo, BLSF tiene las características de baja constante dieléctrica, temperatura de sinterización y tasa de envejecimiento, alta resistividad, anisotropía obvia del coeficiente de acoplamiento mecánico, alta temperatura de Curie (TC> 500 ℃), buen tiempo y estabilidad de temperatura de frecuencia de resonancia. , etc. por lo tanto, este tipo de materiales son especialmente adecuados para fabricar filtros y dispositivos piezoeléctricos en campos de alta temperatura y alta frecuencia.
La aplicación de materiales cerámicos piezoeléctricos de alta temperatura tiene una perspectiva muy amplia y también es un tema de investigación candente en el hogar y en el extranjero. Como material cerámico piezoeléctrico de alta temperatura, no debe sufrir una transformación estructural a una temperatura más alta para afectar su piezoelectricidad, y sus diversos parámetros de rendimiento tienen excelentes características de servicio a alta temperatura, para funcionar de manera estable y confiable en un estado de alta temperatura. por mucho tiempo. Al mismo tiempo, con la tendencia de desarrollo de la miniaturización e integración de componentes electrónicos, los materiales piezoeléctricos de película delgada de alta temperatura también se convertirán en un punto de acceso a la investigación en el futuro.
