Fe katkılı PMN-PT esaslı çok kristalli piezoseramiklerin geliştirilmesi ve karakterizasyonu

Abstract

Kurşun magnezyum niyobat – kurşun titanat (PMN-PT) perovskit kristal yapıya sahip relaksör ferroelektrik seramik grubuna ait bir malzeme olup, üstün piezoelektrik özellik sergilemektedir. PMN-PT matris yapısı, tek kristal piezoelektrik malzemelerin geliştirilmesinde de tercih edilen en önemli ikili sistemler arasında yer almaktadır. Bu tez çalışmasında PMN-PT yapısına ağırlıkça farklı oranlarda Fe2O3 katkısı gerçekleştirilerek çok kristalli piezoseramikler geliştirilmiş, katkılandırmanın nihai ürünün yapısal, morfolojik ve piezoelektrik özelliklerine etkisi incelenmiştir. Öncelikle; literatürde yaygın olarak kullanılan üretim yöntemleri karşılaştırılarak optimum üretim yönteminin belirlenmesine yönelik, morfotropik faz bölgesi içerisinde yer alan 65PMN-35PT ve 68PMN-32PT matrisleri baz alınarak 4 farklı yöntemde üretimler gerçekleştirilmiştir. Üretim maliyetleri ve nihai ürün özellikleri karşılaştırılarak, hesaplanan stokiyometrik orana ağ. %5 fazladan MgO'in ilave edildiği geleneksel katı hal sinterleme metodu optimum yöntem olarak belirlenmiştir. Sonrasında ise, seçilen üretim yöntemi kullanılarak, 4 farklı matris yapısına ağ. %1 oranına kadar Fe2O3 ilave edilerek, katkılandırmanın matris özelinde verdiği tepki sistematik olarak irdelenmiştir. Karakterizasyon çalışmaları neticesinde, optimum sonuçların matris özelinde farklılık gösterdiği belirlenmiş olmakla birlikte, ağ. %0,6 oranında Fe2O3 katkısının tüm matrisler için tercih edilebileceği sonucuna ulaşılmıştır.

Lead magnesium niobate-lead titanate (PMN-PT) is a material that belongs to the relaxor ferroelectric ceramic group with a perovskite crystal structure, and it exhibits excellent piezoelectric properties. The PMN-PT matrix structure is also the most preferred binary systems for the development of single-crystal piezoelectric materials. In this thesis study, multi-crystalline piezoceramics were developed by adding Fe2O3 in varying weight ratios to the PMN-PT structure. The effect of Fe2O3 addition on the structural, morphological, and piezoelectric properties of the final product were examined. Initially, four different production methods were employed on matrices of 65PMN-35PT and 68PMN-32-PT, which fall within the morphotropic phase boundary, to determine the optimal production method by comparing it with commonly employed methods found in the literature. By comparing production costs and final product properties, the traditional solid-state sintering method with an additional wt. 5% MgO beyond the calculated stoichiometric ratio was determined as an optimal method. Subsequently, using the selected production method, Fe2O3 was added to four different matrix structures in ratios of up to wt. 1%, and the response of the addition to the matrix was systematically analyzed. As a result of the characterization studies, it was determined that the optimum results varied depending on the matrix. However, it was concluded that the addition of wt. 0.6% Fe2O3 could be preferred for all matrices.