Microestructura y propiedades de materiales cerámicos PZT con control de crecimiento de grano

Abstract

Se ha realizado un proceso de modificaci-n superficial con ester fosfato al 0.3% en volumen, sobre polvo cer ‡mico de titanato circonato de plomo, PZT. Se observa que el material modificado con f-sforo presenta una mayor densificaci-n aparente a una temperatura menor unida a una reducci-n de las pŽrdidas de peso durante el proceso de densificaci-n. Se han establecido las relaciones entre el procesamiento y las microestructuras del material PZT sin modificar y el modificado. Se evidencia un control del crecimiento de grano y una mayor homogeneidad en la distribuci-n de tama-os de grano en el material modificado.Palabras clave: Titanato Circonato de Plomo (PZT), microestructura, sinterizaci-n, control de crecimiento de grano. Microstructure and properties of PZT ceramics with grain growth controlLead zirconate titanate ceramic powders have been surface modified by using phosphor esther 0.3% in volume. The phosphorous modification gave higher densities at lower temperatures associated with a reduction of the weight losses during the densification process. From the relationships between ceramic processing and microstructure, it was established that the phosphorous surface modification allows the effective grain growth control as well a higher homogeneity in the grain size distribution. Key words: Lead zirconate titanate (PZT), microstructure, sintering, grain growth control. INTRODUCCIîN.Los materiales cer ‡micos de titanato circonato de plomo, PZT, han sido utilizados como materiales piezoelŽctricos en una gran variedad de aplicaciones (1-2), debido a la versatilidad de adaptaci-n de sus propiedades a las demandas del mercado. Sin embargo, estos materiales cer ‡micos presentan algunos inconvenientes en el proceso de fabricaci-n que redundan en su elevado costo de producci-n. Entre estos inconvenientes se pueden encontrar variaciones en las propiedades del material cer ‡mico PZT relacionadas, en su caso, a pŽrdida de estequiometr'a, porosidad, inhomogeneidad en el tama-o de grano, existencia de fases secundarias y diferencias locales en la polarizaci-n. Uno de los aspectos a mejorar est ‡ asociado a lograr un mayor control de la microestructura del material (3-4). Debe evitarse crecimiento de grano no uniforme si se desean obtener materiales con propiedades dielŽctricas y piezoelŽctricas -ptimas. El tama-o de grano ejerce una fuerte influencia sobre las propiedades el ‡sticas, dielŽctricas y piezoelŽctricas de cer ‡micas de PZT (5-8). La modificaci-n superficial de las part'culas del polvo cer ‡mico BaTiO 3 con el dispersante org ‡nico ester fosfato, empleando un proceso de turbinado a alta velocidad, ha mostrado excelentes resultados, obteniŽndose materiales con microestructura homogŽnea, y una fuerte inhibici-n del crecimiento de grano (9-10). A diferencia de los mŽtodos tradicionales de dopado, este mŽtodo de modificaci-n superficial permite una distribuci-n uniforme del dopante sobre las part'culas del polvo cer ‡mico (9) produciendo un mejor comportamiento durante los primeros estadios de la sinterizaci-n. El o...

Efecto de las características de los polvos cerámicos sobre la densificación de materiales cerámicos PZT

“…La distribuci-n m ‡s homogŽnea de poros del polvo PZT-PIB junto con el estado menos cohesionado de sus aglomerados se-alan a este tipo de polvo como el m ‡s indicado para abordar procesos de modificaci-n superficial (19), debido a que la superficie de sus part'culas permite una distribuci-n m ‡s uniforme del dopante, a fin de lograr un mejor control de los procesos de sinterizaci-n en PZT (20).…”

Formación de fases en materiales cerámicos PZT dopados con fósforo

“…Esta secuencia de reacciones juega un papel fundamental durante el proceso de sinterización del material cerámico PZT modificado superficialmente con fósforo (9). La presencia del fósforo adsorbido sobre la superficie de las partículas del polvo cerámico PZT produce enriquecimiento de Pb 2+ en la superficie de las mismas, a medida que aumenta la temperatura.…”

“…Las características del catión Pb 2+ permiten suponer "a priori" una interacción con el fósforo similar a la que ocurre con el catión Ba 2+ . En trabajos previos (9) se ha mostrado que la modificación superficial de las partículas de polvo cerámico PZT con fósforo en un 0.016% en peso produce una notable inhibición del crecimiento de grano, dando lugar a una microestructura más homogé-nea. Este control microestructural está asociado con la densificación del material a temperaturas inferiores y una disminución de las pérdidas de peso debido a la volatilización del plomo.…”