Análisis: Cerámica piezoeléctrica de alta temperatura

19-06-2020

Las cerámicas piezoeléctricas de alta temperatura incluyen niobato de metal alcalino, estructura de bronce de tungsteno, estructura de perovskita y estructura en capas de bismuto. Su temperatura Curie es generalmente inferior a 900 ℃, lo que está lejos de satisfacer las necesidades especiales de campos de temperaturas ultraaltas como el aeroespacial. Por tanto, es muy importante estudiar las cerámicas piezoeléctricas de temperatura ultraalta. 

 Las cerámicas piezoeléctricas de temperatura ultraalta se refieren a una clase de materiales con una temperatura Curie superior a 900 ℃. En la actualidad, la investigación sobre sistemas de material cerámico piezoeléctrico con alto rendimiento y temperatura de Curie ultraalta se está llevando a cabo en el país y en el extranjero, y el desarrollo de material cerámico piezoeléctrico con temperatura de Curie (TC) ultraalta y buena estabilidad se ha convertido en uno de de los puntos críticos de investigación actuales.


1. material cerámico piezoeléctrico de alta temperatura con estructura de perovskita

El titanato de plomo puro es una estructura de perovskita tetragonal a temperatura normal, con una constante dieléctrica pequeña, una propiedad piezoeléctrica alta, una anisotropía piezoeléctrica grande y una temperatura de Curie alta (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 de Curie, es fácil que se agriete por sí solo bajo la acción de la tensión interna. La gran relación axial hace que su campo coercitivo sea grande y difícil de polarizar. Por lo tanto, muchos investigadores utilizan el dopaje para formar una masa fundida sólida para resolver este problema y han logrado buenos resultados de investigación.

Piezoelectric Ceramics

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, microdesplazadores, giroscopios piezoeléctricos y otros componentes electrónicos. 

 Cuando la relación molar de circonio a titanio es Zr: Ti = 53: 47, PZT se ubica en la región MPB entre la fase trifásica y la tetrafásica. En este momento, el voltaje del hierro y las propiedades eléctricas del material son mejores, pero el punto Curie es de aproximadamente 330 ℃ y la temperatura de uso seguro es más baja, 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 punto Curie más alto forma una solución sólida multicomponente con PZT, que puede mantener estable la propiedad piezoeléctrica en un rango de temperatura más alto sin cambio de fase estructural, es decir, con un punto Curie más alto.


2. Cerámica piezoeléctrica de alta temperatura con estructura de bronce de tungsteno

Las cerámicas piezoeléctricas de bronce de tungsteno son un tipo de materiales de cristal electroópticos prometedores 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 niobato y bronce de tungsteno han atraído mucha atención como importantes materiales cerámicos piezoeléctricos de alta temperatura. PbNb2O6 tiene una estructura de bronce de tungsteno tetragonal, una temperatura de Curie alta (TC = 570 ℃), un factor de calidad Qm bajo y no es fácil de despolarizar cuando se acerca 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 grandes perspectivas de aplicación. Hay muchos tipos de ferroeléctricos con estructura de bronce de tungsteno. Modificaciones adicionales e investigaciones teóricas sobre ferroeléctricos con estructura de bronce de tungsteno con alto punto de Curie son formas importantes de obtener cerámicas piezoeléctricas de alta temperatura con estructura de bronce de tungsteno con excelente rendimiento.


3. Material cerámico piezoeléctrico de alta temperatura con estructura en capas de bismuto

El ferroeléctrico estructurado en capa de bismuto (BLSF) es un material cerámico piezoeléctrico de alta temperatura sin plomo y potencial con la fórmula química (Bi2O3) 2+-(AM-1BMO3M+1) 2-. En comparación con las cerámicas 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 ℃), buena estabilidad de tiempo y temperatura de la frecuencia resonante, 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.

Ceramic Tube

La aplicación de materiales cerámicos piezoeléctricos de alta temperatura tiene una perspectiva muy amplia y también es un tema de investigación candente en el país y en el extranjero. Como material cerámico piezoeléctrico de alta temperatura, no debe sufrir 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 miniaturización e integración de componentes electrónicos, los materiales piezoeléctricos de película delgada de alta temperatura también se convertirán en un punto de investigación en el futuro.


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