Einige Möglichkeiten zur Beeinflussung der Struktur und der Eigenschaften von PZT-Keramik-Fasern

Heiber, Juliane

AbstractBecause of intensive investigations of many research groups during the last 10 to 15 years, PZT-fibres can be produced in a wide diameter range (5 µm to 1000 µm) using different techniques. Due to the evaporation of lead oxide during sintering it is expected that for the same sintering conditions the diameter of the produced fibre affects the microstructure and thus the electromechanical properties of the PZT-fibres.Therefore in the present work mainly the microstructure and the resulting ferroelectric properties are investigated as a function of the fibre diameter (70 µm to 300 µm) and thus as a function of the surface to volume-ratio.For extruded fibres with varying fibre diameters and sintered in a PbO-enriched atmosphere at different conditions (temperature and time) the following correlations could be found. Small dimensional fibres can be sintered dense at lower temperatures and shorter dwell times. At higher temperatures and longer dwell times they show a distinctive grain growth. Additionally for the same sintering conditions thin fibres consist of a higher amount of rhombohedral phase indicating a shift to a higher fraction of PbZrO3 in the PZT material. Furthermore the phase composition changes across the fibre radius. At the fibre surface a higher amount of rhombohedral phase could be detected.With regard to the influence of the porosity, the grain size and the phase composition on the ferroelectric properties, correlations with results found in literature could be confirmed.For the technical implementation this means that for sintering in a PbO-enriched atmosphere the sintering conditions have to be adjusted for each fibre diameter to obtain the optimum ferroelectric properties.?? ?? ?? ?? 3

PZT-Fasern können über verschiedene Verfahren in einem breiten Durchmesserspektrum hergestellt werden (5 µm bis 1000 µm). Während des Sinterprozesses von PZT-Materialien kommt es zum Verdampfen von Bleioxid. Es ist daher zu erwarten, dass bei gleichen Sinterbedingungen der Durchmesser einen Einfluss auf die mikrostrukturellen und dadurch auch auf die elektromechanischen Eigenschaften der Fasern hat.In der vorliegenden Arbeit wurde der Einfluss des Durchmessers extrudierter Grünfasern im Bereich zwischen 70 µm und 300 µm und damit des Oberflächen/Volumen-Verhältnisses auf das Gefüge und die daraus resultierenden ferroelektrischen Eigenschaften keramischer PZT-Fasern untersucht.In Abhängigkeit vom Durchmesser und den Sinterparametern (Temperatur, Zeit) konnten für Fasern, die in einer PbO-reichen Atmosphäre gesintert wurden, folgende Zusammenhänge gefunden werden: Fasern mit kleineren Abmessungen können bei niedrigeren Temperaturen und kürzeren Haltezeiten dicht gesintert werden und weisen bei höheren Temperaturen und längeren Haltezeiten ein ausgeprägtes Kornwachstum auf. Bei gleichen Sinterbedingungen bestehen dünnere Fasern außerdem aus einem höheren Anteil an rhomboedrischer Phase. Gleichzeitig ändert sich die Phasenzusammensetzung über den Faserdurchmesser. Der Anteil an rhomboedrischer Phase nimmt von außen nach innen ab, der an tetragonaler Phase zu. Im Hinblick auf den Einfluss der Porosität, der Korngröße und der Phasenzusammensetzung auf die ferroelektrischen Eigenschaften der Fasern konnten die aus der Literatur bekannten Abhängigkeiten bestätigt werden.Für die technische Umsetzung bedeutet dies, dass beim Sintern in einer PbO-reichen Atmosphäre die Sinterparameter an die jeweiligen Faserdurchmesser angepasst werden müssen, um die optimalen ferroelektrischen Eigenschaften für die jeweiligen Faserabmessungen erzielen zu können.

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Heiber, Juliane: Einige Möglichkeiten zur Beeinflussung der Struktur und der Eigenschaften von PZT-Keramik-Fasern. 2007.

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