Bài thuyết trình môn Vật liệu kỹ thuật - Gốm ốp điện

Đại học Giao thông vận tải TP.HCM Bài thuyết trìnhMôn: Vật liệu kỹ thuậtĐề tài : Gốm ốp điệnSinh viên thực hiện:Lê Văn Qui VT14DTrịnh Đình Sinh VT14DHồ Viết Trung VT14DPhạm Viết Nghĩa VT14DDương Minh Nhựt VT14DNội dung:Giới thiệu tổng quan về vật liệu áp điện.Cấu trúc Perovskite - Cơ sở lý thuyếtCách chế tạo - quy trình công nghệ. Các ứng dụng của gốm áp điện.Tổng quan về vật liệu áp điệnHiện tượng áp điện (piezoelectric phenomena): Năm 1817 một nhà khoáng vật học người Pháp Charles Coulomb phát hiện và đề cập đầu tiên.Năm 1880 được anh em nhà Pierre Curie chứng minh và nghiên cứu thêm. Hiện tượng áp điệnKhi áp vào nó một trường điện thì nó biến đổi hình dạng và ngược lại khi dùng lực cơ học tác động vào nó thì nó tạo ra dòng điện. Vật liệu áp điện : Nó như một máy biến đổi trực tiếp chuyển hóa từ điện năng sang cơ năng và ngược lại. Theo chiều hướng thuận, có nghĩa là tác dụng lực lên vật thì sẽ sinh ra điện và ngược lại là áp điện nghịch sẽ làm cho vật thay đổi kích thước tạo ra lực.Gốm áp điệnGốm áp điện là những loại vật liệu gốm có tính chất áp điện như BaTiO3, PbTiO3, Vật liệu gốm áp điện PZT (PbO-ZrO2-TiO3) Là gốm trên cơ sở dung dịch rắn trong hệ PbZrO3 – PbTiO3.Tinh thể PbZrO3 – PbTiO3 có tính chất áp điện với ít nhất 3% PbTiO3 trong thành phần.. Được phát hiện bởi Yutaka Takagi Gen Shirane và Etsuro Sawaguchi tại viện công nghệ Tokyo (1952Ứng dụng:Cảm biến thu phát song siêu âm trong các máy: Vật liệu gốm áp điện PZT (PbO-ZrO2-TiO3) Trong vô tuyến dùng làm các bộ lọc tần số, bộ nhớ các máy tính điện tử:Gốm áp điện còn được nghiên cứu về tính quang điện tử dùng trong kỹ thuật laze.ii. Cấu trúc perovskite - cơ sở lý thuyếtCấu trúc Perovskite: Công thức phân tử chung của các hợp chất perovskite là ABO3 với A và B là các iôn (cation) có bán kính khác nhau. Ở vị trí của iôn Oxy, có thể là một số nguyên tố khác, nhưng phổ biến nhất vẫn là Oxy.Các hợp chất có dạng cấu trúc này đều tự phân cực, và luôn xuất hiện trong cấu trúc những momen lưỡng cực. Khi chúng ta áp vào chúng một điện trường lập tức các phần tử trong mạng tinh thể chuyển động, giãn ra và di chuyển, dẫn đến kích thước của vật liệu gốm áp điện tăng lên. Ứng dụng của Perovskite:Do có nhiều đặc tính điện - từ - hóa khác nhau nên Perovskite có mặt trong rất nhiều ứng dụng và được coi là một trong những vật liệu rất lý thú. Nhà vật lý người Ấn Độ ông Rao từng phát biểu rằng perovskite là trái tim của vật lý chất rắn . Với tính chất từ điện trở siêu khổng lồ, perovskite rất hứa hẹn cho các linh kiện spintronics và các cảm biến từ siêu nhạy. Với nhiều tính chất đặc biệt như siêu dẫn nhiệt độ cao, sắt điện... perovskite rất hữu ích cho nhiều linh kiện điện tử. Ngoài ra, perovskite với các tính chất hấp phụ và xúc tác còn được sử dụng trong các pin nhiên liệu.iii. Phương pháp chế tạo và quy trìnhSơ đồ tóm gọn quy trình công nghệ:TRỘN ĐỒNG NHẤT (PbO-TiO2-ZrO2)NGHIỀN ƯỚT (Với ethanol)SẤY KHÔ (80˚C)SÀNG RUNGTẠO HÌNH (đúc,đùn,thêm chất kết dính hữu cơ)NUNG KẾT KHỐI (1200˚C - 1300˚C) Gồm các công đoạn:Chuẩn bị nguyên liệu bột – Nghiền và trộn: Thường nghiền trộn bằng phương pháp nghiền ướt trong máy nghiền bi và sử dụng máy nghiền rung để oxit tránh bị nhiễm bẩn.Thể tích nước phải đủ để đảm bảo hỗn hợp ở dạng chảy lỏng, thường là từ 100 – 200% thể tích của bột. Có thể thêm vào một số phụ gia hoạt tính bề mặt để giảm lượng nước khi nghiền. Khâu trộn cácôxit ta có thể thêm phụ gia để có các tính chất khác mà mình mong muốn. Thêm vào acceptor dopants tạo ra lỗ trống oxi (anion) tạo thành PZT cứng có hằng số điện áp thấp nhưng làm giảm thiệt hại vật liệu, làm đầu dò siêu âm. Thêm vào donor dorpants tạo ra lỗ trống kim loại (cation) tạo thành PZT mềm có hằng số điện áp cao hơn PZT cứng nhưng lại thiệt hại lớn masat nội trong vật liệu, làm thiết bị truyền động, đầu dò trong viễn thám, điện năng thấp.Xử lý nhiệt trước khi nung (Calcination): tạo oxit hoạt tính,đảm bảo độ đồng đều của phối liệu, sau đó nghiền lại thành bột rồi đem tạo hình.NÉN KHÔNÉN ĐẲNG TỈNHĐÙNInjection mouldingTạo hình có nhiều phương pháp tạo hình, gồm các tạo hình cơ bản sau:-Nén khô, nén đẳng tỉnh, Jolleying, đùn, Films and Layers, Injection moulding, Slip casting , Tape casting.Xử lý nhiệt độ cao, nung kết khốiThường nung ở nhiệt độ khoảng 0.8Tnc, với Tnc là nhiệt độ nóng chảy của phối liệu, đây là giai đoạn quan trọng nhất, các cation sẽ khuếch tán vào các lổ trống, sai sót, tạo thành cấu trúc áp điện. Tại giai đoạn nung kết khối vì tránh cho chì bay hơi làm thay đổi tỉ lệ chì trong hỗn hợp cần nung thiêu kết trong lò kín. Mặc dù vậy vẫn tổn thất 2-3% chì so với ban đầu.Iii. ứng dụng của gốm áp điệnNhu cầu phát triển mạnh mẽ của ngành công nghệ thông tin, điện tử, vi điện tử - điện tử công nghệ cao và cả trong lĩnh vực quân sự thúc đẩy sự phát triển, nghiên cứu và ứng dụng của vật liệu áp điện.Một số ứng dụng của gốm áp điện:ĐẦU DÒ SIÊU ÂM.Đầu dò là chủ yếu gồm những vật chất phù hợp với áp điện, và sao lưu các lớp. Một hoặc nhiều lớp kết hợp được sử dụng để tăng âm thanh được truyền đi vào các mô, sao lưu được thêm vào phía sau của đầu dò nhằm giảm làn sóng trở lại âm thanh và để giảm thời gian xung.Đầu dò siêu âm chế tạo thiết bị tìm kiếm tàu ngầm và tìm kiếm cá.Ứng dụng rất nhiều trong lĩnh vực quân sựSiêu âm dò quét rất hữu ích trong ngành điện tử y tế cho lâm sàng các ứng dụng khác nhau, từ chẩn đoán để điều trị và phẫu thuật.Một trong những ứng dụng rất cơ bản của gốm áp điện là làm bộ phận đánh lữa khí. Điện áp cao trong gốm áp điện, dưới áp lực cơ khí có thể gây ra tình trạng bắt lửa và bốc cháy khí. THIẾT BỊ CẢM BIẾNGốm áp điện có thể được sử dụng như cảm biến ứng suất và cảm biến gia tốc, do hiệu ứng áp điện trực tiếp. Có vai trò vô cùng to lớn trong công nghệ nghiên cứu vật liệu nano, cảm biến những thay đổi khoảng cách, lực vô cùng bé, chế tạo vật liệu từ, chế tạo các bảng mạch, vi mạch điện tử có ý nghĩa vô cùng quan trọng không thể thay thế được trong ngành vật liệu điện tử ngày nay.Chế tạo cantillever cho các máy phân tích nano (AFM, STM)THIẾT BỊ TRUYỀN ĐỘNGMáy in là sản phẩm đầu tiên thương mại hóa rộng rãi bằng cách sử dụng gốm sứ thiết bị truyền động. b. Động cơ piezoĐộng cơ siêu âm được làm bằng piezoceramics có hiệu quả là không nhạy cảm với kích thước được cấp trên trong khu vực nhỏ có động cơ. Đại học Giao thông vận tải TP.HCMThe end.Xin cảm ơn đã theo dõi!