저온소결 PMN-PNN-PZT세라믹스의 $WO_3$첨가에 따른 압전 및 유전특성 Piezoelectric and Dielectric Characteristics of Low Temperature Sintering PMN-PNN-PZT ceramics with the amount of $WO_3$ addition원문보기
In this study, in order to develop the low temperature sintering ceramics for multilayer piezoelectric actuator, PMN-PNN-PZT ceramics using ${Fe_2}{O_3}$ and $WO_3$ as sintering aids were manufactured with the amount of $WO_3$ addition, and the specimens were sintere...
In this study, in order to develop the low temperature sintering ceramics for multilayer piezoelectric actuator, PMN-PNN-PZT ceramics using ${Fe_2}{O_3}$ and $WO_3$ as sintering aids were manufactured with the amount of $WO_3$ addition, and the specimens were sintered at 900, 930, $960^{\circ}C$, respectively. Thereafter, their dielectric and piezoelectric properties were investigated. The sintering aids were proved to lower the sintering temperature of piezoelectric ceramics due to the effects of ${Fe_2}{O_3}$ and $WO_3$ liquid phase. At 0.3wt% $WO_3$ added specimen sintered at $930^{\circ}C$, kp, Qm, dielectric constant and $d_{33}$ showed the optimum values of 0.60, 1402, 1440 and 360[pC/N], respectively, for multilayer piezoelectric actuator application.
In this study, in order to develop the low temperature sintering ceramics for multilayer piezoelectric actuator, PMN-PNN-PZT ceramics using ${Fe_2}{O_3}$ and $WO_3$ as sintering aids were manufactured with the amount of $WO_3$ addition, and the specimens were sintered at 900, 930, $960^{\circ}C$, respectively. Thereafter, their dielectric and piezoelectric properties were investigated. The sintering aids were proved to lower the sintering temperature of piezoelectric ceramics due to the effects of ${Fe_2}{O_3}$ and $WO_3$ liquid phase. At 0.3wt% $WO_3$ added specimen sintered at $930^{\circ}C$, kp, Qm, dielectric constant and $d_{33}$ showed the optimum values of 0.60, 1402, 1440 and 360[pC/N], respectively, for multilayer piezoelectric actuator application.
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문제 정의
본 실험에서는 적층 압전액츄에이터에 적용할 저온소결 압전 세라믹스를 개발하기 위해 우수한 압전 특성을 보이는 PMN-PNN-PZT 세라믹스에 WO3 의 양변화를 주어 시편을 제작하고 그 압전 및 유전특성을 관찰하여 다음과 같은 결과를 얻었다.
[2-4] 따라서, 순수한 Ag 전극의 융점 약960℃보다 낮은 온도에서 소결 가능한 디바이스가 경쟁력을 갖기 때문에 이에 대한 연구개발이 필요한 실정이다. 본 연구에서는 적층액츄에이터의 제작에 앞서 저온소결 압전세라믹스를 개발하기 위해 PMN-PNN-PZT 세라믹스에 도너형 첨가제인 WO3 불순물 첨가에 따른 압전 및 유전특성을 조사하였다.
제안 방법
하소가 끝난 시료에 Bi2O3- Li2CO3-CuO롤 첨가하여 24시간동안 재 혼합분쇄 하였다. 건조된 시료에 PVA(5wt% 수용액)를 5wt% 첨가하여 kp mode로써 제작하기 위하여 직경 의 몰더로 l[ton/cm2]의 압력을 가하여 성형하였다. 성형한 시편은 60이:에서 3시간동안 bum out 과정을 거치고, 온도구배를 3[C/min]로 하여 900, 930, 9%이:에서 각각 2시간동안 소결하였다.
본 실험은 다음 조성식을 사용하여 일반적인 산화물 혼합법으로 시편을 제조하였다.
전극이 형성된 시편을 120T의 실리콘유 속에서 30#의 전계를 30분동안 인가하여 분극하였다. 분극된 시편을 24시간 경과 후 Impedance analyzer (Agilent 4294A)를 사용하여 주파수 및 impedance 특성을 측정하였고, LCR meter(ANDOAG4304)를 사용하여 유전특성을 측정하였다.
건조된 시료에 PVA(5wt% 수용액)를 5wt% 첨가하여 kp mode로써 제작하기 위하여 직경 의 몰더로 l[ton/cm2]의 압력을 가하여 성형하였다. 성형한 시편은 60이:에서 3시간동안 bum out 과정을 거치고, 온도구배를 3[C/min]로 하여 900, 930, 9%이:에서 각각 2시간동안 소결하였다. 소결된 시편을 l[mm]의 두께로 연마하고 Ag전극을 스크린 프린트법으로 도포한 후 6001'에서 10분간 열처리 하였다.
성형한 시편은 60이:에서 3시간동안 bum out 과정을 거치고, 온도구배를 3[C/min]로 하여 900, 930, 9%이:에서 각각 2시간동안 소결하였다. 소결된 시편을 l[mm]의 두께로 연마하고 Ag전극을 스크린 프린트법으로 도포한 후 6001'에서 10분간 열처리 하였다. 전극이 형성된 시편을 120T의 실리콘유 속에서 30#의 전계를 30분동안 인가하여 분극하였다.
조성에 따른 정확한 시료의 몰비를 10%까지 평량하였으며, 24시간 동안 혼합분쇄 하였다. 그 후, 80C의 항온조에서 12시간 이상 건조 후, 85이:에서 2시간동안 하소하였다.
성능/효과
1. 시편의 밀도는 소결온도가 높아짐에 따라 올라가는 특성을 보이고 960t 에서 소결한 시편에서 WO3의 양변화에 관계없이 7.9g/cnf이상의 높은 밀도를 보였다.
2. 전기기계결합계수(kp)는 소결온도가 높아짐에 따라 상승하였고, 960C에서 소결시 0.6이상의 높은 값을 보였다.
4. 930C에서 소결하고 WO3를 0.3wt%첨가한 시편에서 밀도, kp, Qm, 유전 상수, d33는 각각 7.85g/cm2 0.60, 1402, 1440, 360pC/N으로 적층 압전 액츄에이터로의 응용가능성을 보였다.
첨가량에 따른 시편의 밀도를 나타낸 것이다. 930℃ 및 96 0℃에서 소결한 시편들은 78g/M이상의 높은 밀도를 나타내었으며, 900笆 에서 소결된 시편은 낮은 소결온도로 인해 밀도가 저하되는 특성을 보였다.900℃의 소결온도에서 WO3 0.
본 연구로부터, 낮은 소결온도인 90CTC일 때는 PbO-WO3 액상효과가 크게 나타나 압전특성이 향상되었다. 그러나 소결온도가 930C이상에서는 WO3첨가에 따라 PbO*WO3 액상효과에 의한 압전특성 향상이 돠지않는 특성을 나타내었다.
유전상수의 값은 크게 변하진 않았지만, 밀도 및 전기기계결합계수와 비슷한 경향을 갖는 것을 볼 수 있다. 에서 소결한 시편에서는 밀도와 kp 특성과 같이 큰 변화가 없는 것처럼 유전상수도 큰 변화가 없었고, 930C 이하의 온도에서는 차츰 증가하다가 WO3의 첨가량이 0.4wt%에서 최대 값을 보이고 다시 감소하는 특성을 보이고 있다,
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