پديد آورنده :
قاسمي دهكردي، امير محمد
عنوان :
سنتز و پوشش دهي پودر پيزوالكتريك BiT-KNN با فرآيند پاشش حرارتي
مقطع تحصيلي :
كارشناسي ارشد
گرايش تحصيلي :
شناسايي و انتخاب مواد مهندسي
محل تحصيل :
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
صفحه شمار :
هشت، 105ص. : مصور، جدول، نمودار
استاد راهنما :
محمدحسين عنايتي، مهران نحوي
استاد مشاور :
مهدي دلشاد چرمهيني
توصيفگر ها :
پيزوالكتريك , تيتانات بيسموت , نيوبات سديم-پتاسيم , واكنش حالت‌جامد , پاشش حرارتي
استاد داور :
رحمت الله عمادي، مهشيد خرازيها
تاريخ ورود اطلاعات :
1401/04/03
رشته تحصيلي :
مهندسي مواد
تاريخ ويرايش اطلاعات :
1401/05/09
چكيده فارسي :
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.
چكيده انگليسي :
Piezoelectric materials convert mechanical and electrical energy to each others. Considering this property, piezoelectric materials can be used for various sensor applications. In this study, first, bismuth titanate (BiT) and sodium-potassium titanate (KNN) powders were prepared by solid-state reaction route and then three different amounts of KNN (2% wt, 4% wt and 6% wt) were added to pure BiT to investigate the effect of KNN on the electrical and mechanical properties of coating. BiT-KNN powder, with 3%wt excess Bismuth oxide, was prepared by annealing of the powder mixture at 800 ° C for 4 hours. In order to improve the flowability of the feedstock powder and to prevent the blockage of the injection line in the thermal spraying process, the BiT-KNN powder was granulated followed by annealing at 700° C for 4 hours. BiT-KNN piezoelectric coatings were formed by flame spray process. The maximum relative permittivity (εr) of coatings was observed to be in the range of 87 to 96 and the dielectric loss at 1 kHz varies between 0.16 and 0.13 for all KNN-doped BiT coatings. Increased relative permittivity is related to microcracks and pores. By morphological analysis of the coating, it was concluded that the addition of KNN changes the melting state and reduces the semi-molten, un-melted particles and defects in the coating. Finally, due to these modified coating structures, the piezoelectric properties are improved. Additionally, by increasing the thickness of the coatings from 150 to 450 μm, the dielectric constant increases from 24 to 98. BiT-based materials generally shows very low piezoelectric coefficient. This behavior was also observed for BiT-KNN coating, the value of piezoelectric coefficient was in the range of 0.38 to 0.44 pC/N with 2 to 6% wt of KNN. Low value of piezoelectric coefficient implies that BiT-based coatings is not suitable for applications in which a high piezoelectric coefficient is required.
استاد راهنما :
محمدحسين عنايتي، مهران نحوي
استاد مشاور :
مهدي دلشاد چرمهيني
استاد داور :
رحمت الله عمادي، مهشيد خرازيها
