سنتز و پوشش دهي پودر پيزوالكتريك BiT-KNN با فرآيند پاشش حرارتي

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي مواد

كارشناسي ارشد

مواد پيزوالكتريك، انرژي مكانيكي و الكتريكي را به يكديگر تبديل مي¬كنند. با توجه به اين ويژگي¬ ، مواد پيزوالكتريك را مي¬توان براي كاربردهاي مختلف مانند حسگر استفاده كرد. در اين پژوهش ابتدا سنتز پودرهاي تيتانات بيسموت (BiT) و نيوبات سديم-پتاسيم (KNN) با روش واكنش حالت‌جامد (سراميكي سنتي) تهيه گرديد و سپس سه مقدار متفاوت از KNN (2 درصد وزني، 4 درصد وزني و 6 درصد وزني) به پودرهاي تيتانات بيسموت خالص اضافه شد تا تأثير KNN بر خواص الكتريكي و مكانيكي پوشش¬ها و ساختار پوشش موردبررسي قرار گيرد. سنتز پودر تيتانات بيسموت با مقدار 3 درصد وزني اضافه اكسيد بيسموت در دماي 800 درجه سانتيگراد به مدت 4 ساعت انجام شد و پودر KNN پس از خشك شدن مواد اوليه آن به مدت يك شبانه‌روز، در دماي 900 درجه سانتي‌گراد به مدت 3 ساعت كلسينه شد. از روش پاشش¬حرارتي براي پوشش دهي به دليل به دليل انعطاف‌پذيربودن و همچنين قابليت اعمال بر روي اشكال مختلف و ساختارهاي پيچيده استفاده شد. براي جريان پذيري بهتر پودر و جلوگيري از مسدود شدن خط مسير تزريق در فرآيند پاشش حرارتي گرانول سازي پودر با روش مرطوب كردن صورت گرفت و سپس به‌منظور استحكام دهي به پودر و جلوگيري از خرد شدن در طول فرآيند پاشش، عمليات حرارتي بر روي پودرهاي تغذيه در دماي 700 درجه سانتي‌گراد به مدت 4 ساعت صورت گرفت. عمليات پاشش حرارتي با روش پاشش شعله¬اي بر روي زيرلايه¬هاي فولاد زنگ نزن 316 انجام شد. حداكثر مقدار گذردهي نسبي (ε_r) در محدوده 87 تا 96 است و اتلاف دي‌الكتريك بين 16/0 و 13/0 براي همه پوشش‌هاي تيتانات بيسموت دوپ شده با KNN در فركانس 1 كيلوهرتز در دماي محيط متغير است. كه دليل افزايش گذردهي نسبي به حذف ريزترك‌ها و منافذ مرتبط است. زيرا با تجزيه‌وتحليل مورفولوژي پوشش استنباط شد كه افزودن KNN منجر به بهبود وضعيت ذوب و كاهش ذرات نيمه مذاب، ذوب نشده و عيوب در پوشش مي‌شود و همچنين تبخير عناصر قليايي KNN باعث شد تا اين تركيب عملكرد مطلوب خود را به خوبي ايجاد كند. با افزايش ضخامت پوشش¬ها از 150 تا 450 ميكرومتر نيز، ثابت دي‌الكتريك از 24 تا 98 افزايش پيدا مي¬كند. ضريب پيزوالكتريك نيز در اين تحقيق اندازه‌گيري شد. به دليل اينكه تركيبات تيتانات بيسموت به‌طوركلي ضريب پيزوالكتريك بسيار پاييني از خود نشان مي¬دهد، به‌صورت پوشش نيز اين رفتار را نشان داد و ضريب پيزوالكتريك 38/0 تا 44/0 پيكوكولن بر نيوتن را از خود نشان داد. ولي در اين مقادير خطاي اندازه¬گيري به‌شدت وجود دارد.

213360

شناسايي و انتخاب مواد مهندسي

مهندسي مواد

دانشگاه صنعتي اصفهان

مهدي دلشاد چرمهيني

رحمت الله عمادي، مهشيد خرازيها

محمدحسين عنايتي، مهران نحوي