Kurşun esaslı elektroseramik tozların sentezlenmesi, seramiklerin üretilmesi ve karakterizasyonları

Abstract

Kurşun esaslı ferroelektrik seramikler üstün elektromekanik özellikler sergilerler. İyi özelliklerin birlikte yüksek Curie sıcaklığına (Tc) sahip yeni malzemelerin geliştirilmesi üzerine artan bir ilgi vardır. Bu çalışmada, hem yüksek Curie sıcaklığını (Tc) yükseltmek hem de sinterleme sıcaklığını düşürmek, aynı zamanda iyi elektromekanik özellikler elde edebilmek için yeni bir kompozisyon olan Pb(Mg1/3Nb2/3)O3?Pb(Yb1/2 Nb1/2)O3?PbTiO3 (PMN?PYbN?PT) sisteminin araştırılması amaçlanmıştır. Farklı PMN/PYbN mol oranları kullanılarak ((25-75), (50/50) ve (75/25)), PMN-xPT (x=26 ve 32.5) ve PYb-50PT toz karışımları 950?1200°C'de 4'er saat sinterlenerek 0.535[0.25PMN-0.75PYbN]-0.465PT (R-25), 0.575[0.5PMN?0.5PYbN]?0.425PT (R-50), 0.621[0.75PMN-0.25PYbN]-0.379PT (R-75T) ve 0.66[0.75PMN-0.25PYbN]-0.34PT (R-75R) kompozisyonları üretilmiştir. PMN-xPT ve PYbN-50PT ara bileşikleri columbite yöntem ile kalsine edilmiştir. Numuneler 80 MPa soğuk izostatik press (CIP) ile şekillendirilmiştir. Yoğun (> %95) ve tamamıyla perovskit faza sahip elektroseramikler 1000°C'de 4 saat sinterlenerek üretilmiştir. Bunun yanında, PMN-xPT sistemine eklenen PYbN-50PT kompozisyonun miktarının artmasıyla birlikte, Curie sıcaklığı 186°C'den 336°C'ye kadar çarpıcı bir şekilde yükselmiş ve dielektrik pikler Curie sıcaklığı civarında daha geniş faz geçiş aralığı ve yayınım (dispersion) sergilemişlerdir. Curie sıcaklıkları R-75T, R-75R, R-50, R-25 üçlü sistemleri için sırasıyla 220, 242, 282 ve 336°C olarak ölçülmüştür. Bu üçlü sistemler kullanılarak üstün özellikler sergileyen uygulamaların üretimi için değerlendirilebilir çünkü, PMN-xPT sistemine eklenen PYbN-50PT sayesinde ferroelektrik özellikler bozulmaksızın, hem Curie sıcaklığı yükselmiş hem de sinterleme sıcaklığı düşmüştür. Bu sistemler kullanılarak daha yüksek sıcaklıklarda piezoelektrik ile dielektrik özelliklerini koruyan ferroelektrik cihazlar tasarlanabilir.Lead-based ferroelectric (FE) ceramics exhibit superior electromechanical properties; therefore, there has been an increased focus on developing new lead-based FE materials with high Curie temperature (Tc) and enhanced electrical properties. The aim of this study was to investigate new compositions in the Pb(Mg1/3Nb2/3)O3?Pb(Yb1/2Nb1/2)O3?PbTiO3 (PMN?PYbN?PT) system to enhance the electromechanical properties while increasing the Tc and lowering the sintering temperature. 0.535[0.25PMN-0.75PYbN]-0.465PT (R-25), 0.575[0.5PMN? 0.5PYbN]?0.425PT (R-50), 0.621[0.75PMN-0.25PYbN]-0.379PT (R-75T) and 0.66[0.75PMN-0.25PYbN]-0.34PT (R-75R) compositions, which were desinged by using PMN/PYbN mole ratio ((25/75), (50/50) and (25/75), were prepared by reactive sintering PMN-xPT (x=26 and 32.5) and PYb-50PT powder mixtures between 950?1200°C for 4 h. PMN-xPT and PYbN-50PT powders were prepared via the columbite method. Samples were prepared by cold isostatic pressing at 80 MPa. Dense (> 95%) and fully perovskit ceramics were fabricated near 1000°C for 4 hours without degradation in the electrical properties. Futhermore, Curie temperature (Tc) increased dramatically from 186 to 336°C and dielectric peaks exhibited more diffuse phase transtion and more dispersion near Tc with increasing amount of PYbN-50PT, which were added to PMN-xPT. The Curie tempretatures were measured for R-75T, R-75R, R-50, R-25 as 220, 242, 282 and 336°C, respectively. It is proposed that this ternary system can be tailored for various applications. Because the addition of PYbN-50PT to the PMN-xPT decreased sintering temperature and increased the Curie temperature without degrading the ferroelectric properties, which is suitable for ferroelectric devices with good piezoelectric and dielectric properties at high temperature.