چكيده فارسي :
اين پژوهش به بررسي و بهينهسازي ساخت سراميكهاي پيزوالكتريك بر پايه Pb(〖Mg〗_(1/3) 〖Nb〗_(2/3))O3-Pb(ZrTi)O3 ميپردازد. سراميكهاي PMN-PZT به دليل خواص الكترومكانيكي برجسته خود، در كاربردهاي متنوعي همچون حسگرها، عملگرها و دستگاههاي ميكروالكترونيكي مورد استفاده قرار ميگيرند. هدف اصلي اين تحقيق، بهبود خواص پيزوالكتريك و فروالكتريك اين سراميكها از طريق آلايش با ساماريوم (Sm) و بررسي تأثير پارامترهاي مختلف فرآيندي بر روي آنها است.در ابتدا، پيشماده MgNb₂O₆ از طريق واكنش حالت جامد دو مرحلهاي ساخت گرديد. سپس، اين پيشماده با مواد اوليه PbO، TiO₂ و ZrO₂ تركيب و تحت فرآيندهاي مختلف تكليس و كلوخه سازي قرار گرفت. عمليات تكليس در دماهاي مختلفي بين 850 تا 900 درجه سانتيگراد و كلوخهسازي در دماهاي 1200 تا 1250 درجه سانتيگراد انجام شد. همچنين، تأثير زمآنهاي مختلف آسياب سيارهاي، از0 تا48 ساعت، بر روي اندازه ذرات و خواص نهايي سراميكها مورد بررسي قرار گرفت. علاوه بر اين، درصدهاي مختلفي از سرب اضافه (PbO) به تركيبها افزوده شد. جنس گلولههاي آسياب شامل عقيق، زيركونيا وكاربيد تنگستن نيز بهطور ويژه مورد بررسي قرار گرفت. نتايج نشان داد كه استفاده از گلولههاي عقيق بهترين عملكرد را در كاهش اندازه ذرات و يكنواختي توزيع ذرات ايجاد كرده است. بررسيهاي انجامشده با استفاده از تكنيكهاي پراش پرتو ايكس (XRD) و ميكروسكوپ الكتروني روبشي نشر ميدان (FESEM) نشان داد كه آلايش ساماريوم و تنظيم دقيق شرايط فرآيندي موجب بهبود پايداري ساختاري و توزيع يكنواخت فازهاي بلوري در سراميكها شده است. براي ارزيابي خواص الكتريكي و پيزوالكتريكي نمونهها، آزمونهاي مختلفي از جمله حلقه پسماند P-E، ضريب ديالكتريك و ضريب بار پيزوالكتريك d₃₃ انجام شد. نتايج اين آزمايشها نشان داد كه دماي تكليس 850℃ و دماي كلوخهسازي 1230℃ درجه سانتيگراد به همراه استفاده از 5% سرب اضافه، بهترين خواص پيزوالكتريك و ديالكتريك را بهدست آورده است. همچنين، تركيب 40PMN-23.8PZ-36.2PT با بالاترين ضريب بار پيزوالكتريك (d₃₃) بهعنوان بهترين تركيب شناسايي شد. اين تحقيق نشان داد كه با بهينهسازي پارامترهاي فرآيندي مانند دماي تكليس و كلوخهسازي ، زمان آسياب، درصد سرب اضافه، و جنس گلولههاي آسياب، ميتوان خواص پيزوالكتريك سراميكهاي PMN-PZT را بهطور قابل توجهي بهبود بخشيد. نتايج حاصل ميتواند به توسعه و بهينهسازي دستگاههاي الكترومكانيكي پيشرفته كمك شاياني كند.
چكيده انگليسي :
This thesis investigates and optimizes the synthesis of piezoelectric ceramics based on PMN-PZT (Pb(〖Mg〗_(1/3) 〖Nb〗_(2/3))O3-Pb(Zr,Ti)O3). PMN-PZT ceramics are widely utilized in various applications such as sensors, actuators, and microelectronic devices due to their outstanding electromechanical properties. The primary objective of this research is to enhance the piezoelectric and ferroelectric properties of these ceramics through doping with samarium (Sm) and to examine the effects of various processing parameters on their performance.Initially, the precursor MgNb₂O₆ was synthesized via a two-step solid-state reaction. Subsequently, this precursor was combined with raw materials PbO, TiO₂, and ZrO₂ and subjected to various calcination and sintering processes. The calcination was conducted at temperatures ranging from 850 to 900 degrees Celsius, while the sintering occurred at temperatures between 1200 and 1250 degrees Celsius. Additionally, the influence of different planetary milling times, from 0 to 48 hours, on particle size and the final properties of the ceramics was investigated. Various percentages of additional lead (PbO) were also incorporated into the compositions.The types of milling balls used, including agate, zirconia, and tungsten, were specifically examined. The results indicated that the use of agate balls yielded the best performance in reducing particle size and achieving a uniform particle distribution. Characterization techniques such as X-ray diffraction (XRD) and field emission scanning electron microscopy (FESEM) demonstrated that samarium doping and precise adjustment of processing conditions significantly improved the structural stability and uniform distribution of crystalline phases in the ceramics.To evaluate the electrical and piezoelectric properties of the samples, various tests were conducted, including P-E hysteresis loop analysis, dielectric constant measurement, and piezoelectric charge coefficient d₃₃ assessment. The results revealed that a calcination temperature of 850 degrees Celsius and a sintering temperature of 1230 degrees Celsius, combined with 5% additional lead, resulted in the best piezoelectric and dielectric properties. Furthermore, the composition 40PMN-23.8PZ-36.2PT was identified as the optimal formulation with the highest piezoelectric charge coefficient (d₃₃) . This research demonstrated that by optimizing processing parameters such as calcination and sintering temperatures, milling time, percentage of additional lead, and the type of milling balls, the piezoelectric properties of PMN-PZT ceramics can be significantly enhanced. The findings can contribute substantially to the development and optimization of advanced electromechanical devices.