PMN-PT-PMS SERAMİKLERİNDE SİNTERLEME SICAKLIĞI ETKİSİYLE YAPISAL VE ELEKTRİKSEL ÖZELLİKLERİN OPTİMİZASYONU

Osman DÜZEN; Volkan KALEM

PMN-PT-PMS SERAMİKLERİNDE SİNTERLEME SICAKLIĞI ETKİSİYLE YAPISAL VE ELEKTRİKSEL ÖZELLİKLERİN OPTİMİZASYONU

Osman DÜZEN, Volkan KALEM

Öz

PMS [Pb(Mn_1/3Sb_2/3)O₃] ile katkılanmış PMN-PT [Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃-PbTiO₃] üçlü piezoelektrik seramikleri (PMN-PT-PMS); 1100–1250 °C aralığında farklı sinterleme sıcaklıklarının kullanıldığı katı-hal reaksiyon yöntemi ile üretilmiştir. Sinterleme sıcaklığının; kristal fazlar, mikroyapı ve elektriksel özellikler üzerindeki etkisi sistematik olarak incelenmiştir. Mikroyapı ve kompozisyon analizleri; taramalı elektron mikroskobu (SEM) ve X-ışınları kırınımı (XRD) ile, elektriksel karakterizasyon ise LCR metre, empendans analizörü ve Berlincourt d33-piezometre kullanılarak gerçekleştirilmiştir. XRD ve SEM sonuçları, saf perovskit yapının ve homojen bir mikroyapının elde edilmesinde sinterleme sıcaklığının etkili olduğunu ortaya koymuştur. 1150 °C ve altındaki sinterleme sıcaklıklarında yoğunlaşma yetersiz olmakta ve saf perovskit yapı elde edilememekte, 1200 °C’nin üstündeki sıcaklıklarda ise kurşun oksitin uçuculuğu nedeniyle heterojen bir mikroyapı oluşmaktadır. Uygun sinterleme sıcaklığında elde edilen yüksek yoğunluk ve homojen mikroyapı; PMN-PT-PMS seramiklerinin yüksek piezoelektrik ve dielektrik davranış sergilemesini sağlamaktadır. Deneysel sonuçlar, 1175 °C’de 2 saat süre ile sinterlenmiş numunelerin optimum elektriksel özellikler (d₃₃=265 pC/N, K^T=4745, k_p=0.417, tanδ=%2.5, Q_m=222) sergilediğini göstermiştir.

Anahtar Kelimeler

Piezoelektrik Özellikler; Sinterleme; PMN-PT; PMS

Tam Metin:

PDF

Referanslar

Aydın H.S., 2016, PMN-PT[Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-PbTiO3] Esaslı Piezoelektrik Seramiklerin Üretimi ve Karakterizasyonu, Yüksek Lisans Tezi, Selçuk Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Konya.

Aydın H.S., Kalem V., 2016, “PMN-PT [Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-PbTiO3] Esaslı Seramiklerde Kompozisyonun Yapısal ve Elektriksel Özelliklere Etkisi”, Selçuk Üniversitesi Mühendislik Bilim ve Teknoloji Dergisi, Cilt 4, Sayı 2, ss. 100-110.

Bouquin, O., Lejeune, M., Boilot, J.P., 1991, “Formation of the perovskite phase in the PbMg1/3Nb2/3O3-PbTiO3 system”, Journal of the American Ceramic Society, Cilt 74, Sayı 5, ss. 1152-56.

Carter, C.B., Norton, M.G., 2007, Ceramic Materials: Science and Engineering, Springer, New York.

Choi, S.W., Shrout, T.R., Jang, S.J., Bhalla, A.S., 1989, “Dielectric and pyroelectric properties in the Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-PbTiO3 system”, Ferroelectrics, Cilt 100, ss. 29-38.

Guha, J.P., 1999, “Reaction chemistry and subsolidus phase equilibria in lead-based relaxor systems: Part I - Formation and stability of the perovskite and pyrochlore compounds in the system PbO-MgO-Nb2O5”, Journal of Materials Science, Cilt 34, Sayı 20, ss. 4985-94.

Hai, L., Bo-Ping, Z., Yu, P., Lei, Z., Kai-sheng, W., Yan-tao, L., 2015, “Effects of sintering temperature on structure and properties of BY-PT-PMN ternary piezoelectric ceramics”, Journal of Materials Research, Cilt 30, Sayı 6, ss. 782-790.

Hoffmann, M.J., Hammer M., Endriss A., Lupascu D.C., 2001, “Correlation between microstructure, strain behavior, and acoustic emission of soft PZT ceramics, Acta Materialia Cilt 49, ss. 1301–1310.

Inada, M., 1977, “Analysis of the formation process of the piezoelectric PCM ceramics”, National Technical Report (Matsushita Elect. Ind. Co.), Cilt 27, Sayı 1, ss. 95-102.

Ketsuwan, P., Ngamjarurojana, A., Laosiritaworn, Y., Ananta, S., Yimnirun, R., 2007, “Effect of Sintering Temperature on Phase Formation, Dielectric, Piezoelectric, and Ferroelectric Properties of Nb-Doped Pb(Zr0.52Ti0.48)O3 Ceramics”, Ferroelectrics, Cilt 358, ss. 35-41.

Liu, L., Fan, H., Ke, S., Chen, X., 2008, “Effect of sintering temperature on the structure and properties of cerium-doped 0.94(Bi0.5Na0.5)TiO3–0.06BaTiO3 piezoelectric ceramics”, Journal of Alloys and Compounds, Cilt 458, ss. 504-8.

Naceur, H., Megriche, A., El Maaoui, M., 2014, “Effect of sintering temperature on microstructure and electrical properties of Sr1-x(Na0.5Bi0.5)xBi2Nb2O9 solid solutions”, Journal of Advanced Ceramics, Cilt 3, Sayı 1, ss. 17-30.

Shrout, T.R., Swartz, S.L., 1983, “Dielectric-properties of pyrochlore lead magnesium niobate”, Materials Research Bulletin, Cilt 18, Sayı 6, ss. 663-7.

Swartz, S.L., Shrout, T.R., 1982, “Fabrication of perovskite lead magnesium niobate”, Materials Research Bulletin, Cilt 17, Sayı 10, ss .1245-50.

Takahashi, S., Sasaki, Y., Kawai, H., Hirose, S., 1996, “High-power piezoelectric characteristics in Pb(Mo1/3Sb2/3)O3-Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-PbTiO3 solid solution system”, Isaf '96 - Proceedings of the Tenth Ieee International Symposium on Applications of Ferroelectric, Cilt 1, ss. 2309-12.

Takahashi, S., Yamamoto, M., Sasaki, Y., 1998, “Nonlinear piezoelectric effect in ferroelectric ceramics”, Japanese Journal of Applied Physics Part 1-Regular Papers Short Notes & Review Papers, Cilt 37, Sayı 9B, ss. 5292-6.

Taşpınar, E., 1997, Production and characterization of lead zirconate titanate and lead magnesium niobate-lead titanate piezoceramics, Yüksek Lisans Tezi, Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Ankara.

Wakiya, N., Kim, B.H., Shinozaki, K., Mizutani, N., 1994, “Composition range of cubic pyrochlore type compound in lead magnesium niobium oxygen system”, Nippon Seramikkusu Kyokai Gakujutsu Ronbunshi-Journal of the Ceramic Society of Japan, Cilt 102, Sayı 6, 612-5.

Wakiya, N., Saiki, A., Ishizawa, N., Shinozaki, K., Mizutani, N., 1993, “Crystal-growth, crystal-structure and chemical-composition of a pyrochlore type compound in lead-magnesium-niobium-oxygen system”, Materials Research Bulletin, Cilt 28, Sayı 2, ss. 137-43.

Zhu, R., Yin, Y., Fang, B., Chen, Z., Zhang, S., Ding, J., Zhao, X., Luo, H., 2016, “Optimizing structure and electrical properties of high-Curie temperature PMN-PHT piezoelectric ceramics via tailoring sintering process”, The European Physical Journal-Applied Physics, Cilt 74, Sayı 3, ss. 30101.