Análise: Cerâmica Piezoelétrica de Alta Temperatura
Cerâmicas piezoelétricas de alta temperatura incluem niobato de metal alcalino, estrutura de bronze de tungstênio, estrutura de perovskita e estrutura em camadas de bismuto. Sua temperatura Curie é geralmente inferior a 900°C, o que está longe de atender às necessidades especiais de campos de temperatura ultra-alta, como o aeroespacial. Portanto, é muito importante estudar cerâmicas piezoelétricas de ultra-alta temperatura.
Cerâmicas piezoelétricas de ultra-alta temperatura referem-se a uma classe de materiais com temperatura Curie superior a 900 ℃. Atualmente, a pesquisa sobre sistema de material cerâmico piezoelétrico com alto desempenho e temperatura Curie ultra-alta está sendo realizada no país e no exterior, e o desenvolvimento de material cerâmico piezoelétrico com temperatura Curie ultra-alta (TC) e boa estabilidade tornou-se um dos atuais focos de pesquisa.
1. estrutura de perovskita material cerâmico piezoelétrico de alta temperatura
O titanato de chumbo puro é uma estrutura de perovskita tetragonal em temperatura normal, com pequena constante dielétrica, alta propriedade piezoelétrica, grande anisotropia piezoelétrica e alta temperatura Curie (TC = 490 ℃), por isso é adequado para trabalhar em alta temperatura. No entanto, como a cerâmica pura de titanato de chumbo é difícil de sinterizar, quando o cristal esfria através do ponto Curie, é fácil rachar sozinho sob a ação de tensões internas. A grande relação axial torna seu campo coercitivo grande e difícil de polarizar. Portanto, muitos pesquisadores usam dopagem para formar fusão sólida para resolver esse problema e alcançaram bons resultados de pesquisa.
O material cerâmico piezoelétrico Pb (Zr, Ti) O3 (PZT) é um dos materiais cerâmicos piezoelétricos mais amplamente utilizados e bem-sucedidos devido às suas excelentes propriedades piezoelétricas. Tem sido amplamente utilizado na fabricação de atuadores piezoelétricos, sensores, filtros, microdeslocadores, giroscópios piezoelétricos e outros componentes eletrônicos.
Quando a razão molar de zircônio para titânio é Zr:Ti = 53:47, o PZT está localizado na região MPB entre a fase trifásica e a fase quadrifásica. Neste momento, a tensão do ferro e as propriedades elétricas do material são melhores, mas o ponto Curie é de cerca de 330°C, e a temperatura de uso seguro é mais baixa, portanto sua aplicação só pode ser limitada à região de temperatura mais baixa. A pesquisa mostra que o composto com estrutura perovskita ABO3 e ponto Curie mais alto forma uma solução sólida multicomponente com PZT, que pode manter a propriedade piezoelétrica estável em uma faixa de temperatura mais alta sem mudança de fase estrutural, ou seja, com ponto Curie mais alto.
2. Estrutura de bronze de tungstênio Cerâmica piezoelétrica de alta temperatura
A cerâmica piezoelétrica de bronze de tungstênio é um tipo de material cristalino eletro-óptico promissor com características de grande polarização espontânea, alta temperatura Curie, baixa constante dielétrica piezoelétrica e grande não linearidade óptica. Além disso, os compostos estruturais de bronze niobato e tungstênio têm atraído muita atenção como importantes materiais cerâmicos piezoelétricos de alta temperatura. O PbNb2O6 possui uma estrutura tetragonal de bronze de tungstênio, alta temperatura Curie (TC = 570 ℃), baixo fator de qualidade Qm e não é fácil de despolarizar ao se aproximar do ponto Curie. O valor d33/d31 é grande e o coeficiente de acoplamento eletromecânico longitudinal é muito maior do que os coeficientes de acoplamento eletromecânico transversal e planar, por isso é especialmente adequado para a preparação de transdutores resistentes a altas temperaturas.
O meta-niobato de chumbo tem grande potencial de aplicação. Existem muitos tipos de ferroelétricos com estrutura de bronze de tungstênio. Modificações adicionais e pesquisas teóricas sobre ferroelétricos com estrutura de bronze de tungstênio com alto ponto Curie são formas importantes de obter cerâmicas piezoelétricas de alta temperatura com estrutura de bronze de tungstênio com excelente desempenho.
3. Estrutura em camadas de bismuto, material cerâmico piezoelétrico de alta temperatura
Ferroelétrico Estruturado em Camada de Bismuto (BLSF) é um potencial material cerâmico piezoelétrico de alta temperatura sem chumbo com a fórmula química (Bi2O3) 2+-(AM-1BMO3M+1) 2-. Comparado com a cerâmica de titanato de zirconato de chumbo, o BLSF tem as características de baixa constante dielétrica, temperatura de sinterização e taxa de envelhecimento, alta resistividade, anisotropia óbvia do coeficiente de acoplamento mecânico, alta temperatura Curie (TC>500 ℃), bom tempo e estabilidade de temperatura da frequência ressonante, etc. portanto, este tipo de material é especialmente adequado para fazer filtros e dispositivos piezoelétricos em campos de alta temperatura e alta frequência.
A aplicação de materiais cerâmicos piezoelétricos de alta temperatura tem uma perspectiva muito ampla e também é um tema de pesquisa importante no país e no exterior. Como um material cerâmico piezoelétrico de alta temperatura, não deve sofrer transformação estrutural em uma temperatura mais alta para afetar sua piezoeletricidade, e seus vários parâmetros de desempenho têm excelentes características de serviço em alta temperatura, de modo a funcionar de forma estável e confiável em um estado de alta temperatura por muito tempo. Ao mesmo tempo, com a tendência de desenvolvimento de miniaturização e integração de componentes eletrônicos, materiais de película fina piezoelétricos de alta temperatura também se tornarão um ponto importante de pesquisa no futuro.
