Düşük sinterleme sıcaklığına sahip piezoelektrik seramik kompozisyonlarının geliştirilmesi yapısal ve elektriksel karakterizasyonu

Abstract

Kurşun Zirkonyum Niyobat Pb(Zn1/3Nb2/3)O3-(PZN) düşük sinterleme sıcaklığına sahip piezoelektrik malzemedir, fakat polikristal yapısında genellikle elektriksel ölçümleri olumsuz etkileyen payroklor faz içerir. Dolayısıyla PZN, belirli miktarda perovksit yapısındaki PZT alaşımlandırılmıştır. Kurşun Zirkonyum Titanyum Pb(ZryTi1-y)O3-(PZT) 'de oluğu gibi, katı eriyik oluşturmak için ağırlıkça %1 PbO ekleyerek Pb[(Zn1/3Nb2/3)x(Zry Ti1-y)1-x]O3] payroklor içermeyen perovksit fazı elde edilmesi için formüle edilmiştir. Bu çalışmada PZN yapısı x değerinin 0.1- 0.6 değerleri arasında olduğu [xPbZn1/3Nb2/3-(1-x)PbZr0.48Ti0.52- O3] kompozisyonundaki PZT ile stabilize edilmiştir. PZN-PZT tozları katı hal kalsinasyon metodu ile sentezlenmiştir. Kalsinasyon sıcaklığı , kapalı alumina potalarında 4 saat boyunca 825ºC ile 855ºC arasında değişmektedir. X-ışını kırınım (XRD) sonuçları, x=0,4 olan seramik tozlarının 4 saat boyunca 850ºC'de kalsine edilmesinin saf PZNPZT'nin saf peroskit fazında elde edilmesi için yeterli olduğunu göstermiştir. Kalsinasyon işleminden sonra kuru pres ile seramik diskler hazırlanarak ikili alumina potalar içinde 860-950ºC arasında 4 saat boyunca sinterlenen seramiklerin yoğunlaşma davranışı incelenmiştir. Seramikler 950ºC'de 4 saatte sinterlenmiştir ve göreceli yoğunlukları >95% 'dir. Bu çalışmalarda seramiklerin Curie sıcaklığı 287ºC ve piezoelektrik katsayısı 465 pC/N olarak ölçülmüştür.

Lead Zinc Niobate Pb(Zn1/3Nb2/3)O3-(PZN) is a piezoelectric material with low sintering temperature, however, in polycrystalline form it usually contains pyrocholore phase which negatively affects the electrical properties. Therefore PZN has been alloyed with certain amount of perovskite stabilizers; such as Lead Zirconium Titanate Pb(ZryTi1-y)O3-(PZT) to form solid solution to be formulated as wt.1%PbO added Pb[(Zn1/3Nb2/3)x(Zry Ti1-y)1-x]O3] in order to obtain a pyrocholore-free perovskite phase. In this study PZN was stabilized with PZT in the [xPbZn1/3Nb2/3-(1- x)PbZr0.48Ti0.52- O3] composition where x=0.1-0.6. PZN-PZT powders were synthesized by the solid state calcination method. Calcination temperature ranged from 825ºC to 855ºC for 4 hours in close alumina crucibles. X-ray diffraction (XRD) results were pointed out that x=0.4 ceramic powder calcined at 850ºC - 4 hours was sufficient to obtain PZN-PZT at pure perovskite phase. After calcination process, ceramic pellets were prepared with die press and densification behavior is observed during sintering at 860-950ºC for 4 hours in double alumina crucibles. Ceramics that were sintered at 950ºC - 4 hours,have the relative density of >95%, Curie temperature (Tc) of these specimens was 287ºC and piezoelectric constant (d33) was measured as 465 pC/N.