การซินเทอร์สารเพียโซอิเล็กทริกเซรามิก PMnN - PZT ที่อุณหภูมิต่ำด้วยสารช่วยซินเทอร์

Abstract

Pb(Mn1/3Nb2/3)O3-PbTiO3-PbZrO3 (PMnN-PZT) เป็นสารประกอบเพียโซอิเล็กทริกเซรามิกที่น่าสนใจ เพราะมีคุณสมบัติที่เหมาะสำหรับนำมาใช้ทำเป็นส่วนประกอบของอุปกรณ์ที่ต้องใช้กำลังไฟสูง เช่น หม้อแปลงไฟฟ้า มอเตอร์ไฟฟ้า เนื่องจากเป็นกลุ่มสารที่มีคุณสมบัติเด่น คือ มีค่าสัมประสิทธิ์คุณภาพเชิงกล และค่าสัมประสิทธิ์คู่ควบการเปลี่ยนแปลงพลังงานกล-ไฟฟ้า ที่สูง อย่างไรก็ตามปัญหาที่เกิดขึ้นในการสังเคราะห์สาร PMnN-PZT ก็คืออุณหภูมิในการซินเทอร์ที่สูง (1200-1300 องศาเซลเซียส) ทำให้เกิดการระเหยของออกไซด์ตะกั่วซึ่งเป็นสาเหตุทำให้อัตราส่วนของสารประกอบเปลี่ยนแปลง และเป็นมลพิษต่อสิ่งแวดล้อม ในการลดอุณหภูมิซินเทอร์สาร PMnN-PZT สามารถทำได้โดยการเติมออกไซด์ของโลหะที่มีจุดหลอมเหลวต่ำ หรือมีไอออนที่ขนาดรัศมีใกล้เคียงกับสารในกลุ่มนี้ลงไป แต่ปัญหาที่ตามมาก็คือออกไซด์ที่เติมลงไปจะส่งผลให้สมบัติทางเพียโซอิเล็กทริกเปลี่ยนแปลงไป สำหรับในงานวิจัยนี้ได้ศึกษาถึงผลกระทบของการเติมซิงค์ออกไซด์ต่ออุณหภูมิในการเผาของสารประกอบ PMnN-PZT รวมทั้งสมบัติทางเพียโซอิเล็กทริก โดยการศึกษาจะเติมซิงค์ออกไซด์ ตั้งแต่ 0-1% โดยน้ำหนัก และใช้อุณหภูมิเผาที่ 900,950,1000 และ 1050 องศาเซลเซียสตามลำดับ จากการศึกษาพบว่า เมื่อเติมซิงค์ออกไซด์ 0.25 % โดยน้ำหนัก สามารถลดอุณหภูมิซินเทอร์สาร PMnN-PZT จาก 1250 องศาเซลเซียส ลงมาได้ที่ 1000 องศาเซลเซียส โดยที่สมบัติของชิ้นงานที่ได้มีค่าใกล้เคียงกับชิ้นงานที่ไม่ได้เติมซิงค์ออกไซด์ และซินเทอร์ที่ 1250 องศาเซลเซียส คือ มีความหนาแน่นเท่ากับ 7.74 g/cm3 ค่า d33 เท่ากับ 260 pC/N ค่า Qm เท่ากับ 1,195 และค่า kp เท่ากับ 0.55