Analyse : Céramiques piézoélectriques haute température
Les céramiques piézoélectriques à haute température comprennent le niobate de métal alcalin, la structure en bronze tungstène, la structure pérovskite et la structure en couches de bismuth. Sa température de Curie est généralement inférieure à 900 ℃, ce qui est loin de répondre aux besoins particuliers des domaines à ultra haute température comme l'aérospatiale. Il est donc très important d’étudier les céramiques piézoélectriques à ultra haute température.
Les céramiques piézoélectriques à ultra haute température font référence à une classe de matériaux dont la température de Curie est supérieure à 900 ℃. À l'heure actuelle, la recherche sur les systèmes de matériaux céramiques piézoélectriques à hautes performances et à température de Curie ultra-élevée est menée dans le pays et à l'étranger, et le développement de matériaux céramiques piézoélectriques à température de Curie (TC) ultra-élevée et à bonne stabilité est devenu un des hotspots de recherche actuels.
1. Matériau céramique piézoélectrique à haute température à structure pérovskite
Le titanate de plomb pur est une structure pérovskite tétragonale à température normale, avec une petite constante diélectrique, une propriété piézoélectrique élevée, une grande anisotropie piézoélectrique et une température de Curie élevée (TC = 490 ℃), il convient donc au travail à haute température. Cependant, comme les céramiques de titanate de plomb pur sont difficiles à fritter, lorsque le cristal refroidit jusqu'au point de Curie, il est facile de se fissurer sous l'action d'une contrainte interne. Le grand rapport axial rend son champ coercitif important et difficile à polariser. Par conséquent, de nombreux chercheurs utilisent le dopage pour former une masse fondue solide afin de résoudre ce problème et ont obtenu de bons résultats de recherche.
Le matériau céramique piézoélectrique Pb(Zr, Ti)O3(PZT) est l’un des matériaux céramiques piézoélectriques les plus largement utilisés et les plus performants en raison de ses excellentes propriétés piézoélectriques. Il a été largement utilisé dans la fabrication d'actionneurs piézoélectriques, de capteurs, de filtres, de micro-déplaceurs, de gyroscopes piézoélectriques et d'autres composants électroniques.
Lorsque le rapport molaire zirconium/titane est Zr : Ti = 53 : 47, le PZT se situe dans la région MPB entre la phase triphasée et la phase quadriphasée. À l'heure actuelle, la tension du fer et les propriétés électriques du matériau sont meilleures, mais le point de Curie est d'environ 330 ℃ et la température d'utilisation sûre est plus basse, de sorte que son application ne peut être limitée qu'à la région de température la plus basse. La recherche montre que le composé avec une structure pérovskite ABO3 et un point de Curie plus élevé forme une solution solide à plusieurs composants avec le PZT, qui peut maintenir la propriété piézoélectrique stable dans une plage de température plus élevée sans changement de phase structurelle, c'est-à-dire avec un point de Curie plus élevé.
2. Céramique piézoélectrique à haute température de structure en bronze de tungstène
Les céramiques piézoélectriques en bronze de tungstène sont une sorte de matériaux cristallins électro-optiques prometteurs présentant les caractéristiques d'une grande polarisation spontanée, d'une température de Curie élevée, d'une faible constante diélectrique piézoélectrique et d'une grande non-linéarité optique. De plus, les composés structurels en bronze niobate-tungstène ont attiré beaucoup d'attention en tant que matériaux céramiques piézoélectriques à haute température importants. PbNb2O6 a une structure tétragonale en bronze tungstène, une température de Curie élevée (TC = 570 ℃), un faible facteur de qualité Qm et n'est pas facile à dépolariser à l'approche du point de Curie. La valeur d33/d31 est grande et le coefficient de couplage électromécanique longitudinal est beaucoup plus grand que les coefficients de couplage électromécanique transversal et planaire, il est donc particulièrement adapté à la préparation de transducteurs résistants aux températures élevées.
Le méta-niobate de plomb a de grandes perspectives d’application. Il existe de nombreux types de ferroélectriques à structure en bronze tungstène. Des modifications supplémentaires et des recherches théoriques sur les ferroélectriques à structure en bronze au tungstène avec un point de Curie élevé sont des moyens importants pour obtenir des céramiques piézoélectriques à haute température avec une structure en bronze au tungstène avec d'excellentes performances.
3. Matériau céramique piézoélectrique à haute température à structure en couches de bismuth
Le ferroélectrique structuré en couche de bismuth (BLSF) est un matériau céramique piézoélectrique haute température sans plomb potentiel avec la formule chimique (Bi2O3) 2+-(AM-1BMO3M+1) 2-. Comparé aux céramiques de titanate de zirconate de plomb, le BLSF présente les caractéristiques d'une faible constante diélectrique, d'une température de frittage et d'un taux de vieillissement élevés, d'une résistivité élevée, d'une anisotropie évidente du coefficient de couplage mécanique, d'une température de Curie élevée (TC>500 ℃), bonne stabilité dans le temps et en température de la fréquence de résonance, etc. Par conséquent, ce type de matériaux est particulièrement adapté à la fabrication de filtres et de dispositifs piézoélectriques dans des champs à haute température et haute fréquence.
L'application de matériaux céramiques piézoélectriques à haute température a des perspectives très larges et constitue également un sujet de recherche brûlant au pays et à l'étranger. En tant que matériau céramique piézoélectrique à haute température, il ne doit pas subir de transformation structurelle à une température plus élevée pour affecter sa piézoélectricité, et ses divers paramètres de performance ont d'excellentes caractéristiques de service à haute température, de manière à fonctionner de manière stable et fiable dans un état à haute température. pendant longtemps. Dans le même temps, avec la tendance de développement de la miniaturisation et de l'intégration des composants électroniques, les matériaux piézoélectriques à couche mince à haute température deviendront également un point chaud de la recherche à l'avenir.
