ON INFLUENCE OF THERMAL TREATMENT ON CHARACTERISTICS OF "LEAD ZIRCONATE-TITANATE – PHOSPHATE BINDER" COMPOSITE

Authors

DOI:

https://doi.org/10.25712/ASTU.2072-8921.2024.02.031

Keywords:

piezoelectric composite material; lead zirconate-titanate; phosphate binder; orthophosphoric acid; alumi-num-chromium phosphate binder; thermal treatment; piezoelectric modulus; relative dielectric permittivi-ty; dielectric loss; mechanical quality factor; resistivity; density

Abstract

The possibility to control the dielectric and piezoelectric characteristics of composite materials based on lead zirconate-titanate and phosphate binders by thermal treatment with a heating speed of no more than 100 °C per hour is proven experimentally at the present work. Two series of composite materials based on TsTS-19 (PZT-19) and different phosphate binders (orthophosphoric acid and aluminum-chromium phosphate binder) were used in preparation of “disc” type specimen according to standard OST 11 0444-87, which were untreated and thermally treated with a maximum temperature of 300 °C, 500 °C, 700 °C. Specimens were then metallized with low-temperature conductive material based on organic binder, poled in constant electric field, artificially and naturally aged. Aged specimen were investigated for density, resistivity, mechanical quality factor, dielectric loss tangent, relative dielectric permittivity, and piezoelectric modulus according to methods given in standard OST 11 0444-87. Based on the obtained results, mechanisms of interaction between lead zirconate-titanate-based piezoelectric ceramic materials and phosphate binders (unnaturalized and partially neutralized orthophosphoric acid) were proposed. It was determined that main processes occurring in investigated system under heating are direct interaction between orthophosphoric acid and ceramics, polycondensation and polymerization of a binding agent, and (at high temperatures) evaporation and condensation of lead oxide. Combination of aforementioned processes leads to achieving of the most desirable values of piezoelectric and dielectric characteristics at maximum temperatures of thermal treatment in range between 300 and 500 °C. Further optimization of the technological regimes of thermal treatment requires the use differential thermal analysis and X-ray diffraction.

References

Получение и исследование пьезоэлектрического композита в системе «цирконат-титанат свинца - ортофосфорная кислота» / Г.А. Кошкин [и др.] // Ползуновский Вестник. 2022. № 1. С. 139-146. doi:10.25712/ASTU.2072-8921.2022.01.019.

Кошкин Г.А., Кикот В.В., Губич И.А., Пак Ч.Г. К вопросу об исследовании температурных ха-рактеристик композита на основе фосфатного связующего для создания чувствительных эле-ментов систем структурного мониторинга работо-способности // Измерение, контроль, информати-зация: материалы XXIII Международной научно-технической конференции. Барнаул : АлтГТУ, 2022. С. 66-72.

Кошкин, Г.А. К вопросу о получении композиционных пьезоэлектрических толстоплёночных покрытий на фосфатных связующих и пьезокера-мике системы ЦТС // Ползуновский Вестник. 2022. Т. 2. № 4. С. 118-124. doi: 10.25712/ASTU.2072-8921.2022.4.2.015.

Кошкин, Г.А., Пак Ч.Г., Розен А.Е., Кикот В.В., Андреев В.Г. Получение композиционного материала системы «цирконат-титанат свинца - фосфатное связующее» // Надежность и качество: труды международного симпозиума. Пенза : ПГУ, 2021. Т. 2. С. 170-172.

Рез, И.С. Диэлектрики. Основные свойства и применение в электротехнике. Москва : Радио и связь, 1989. 288 с.

Судакас, Л.Г. Фосфатные вяжущие систе-мы. Санкт-Петербург : Квинтет, 2008. 254 с.

Твердение алюмофосфатной композиции при нагреве / В.С. Бакунов [и др.] // Огнеупоры И Техническая Керамика. 2016. № 3. С. 24-27.

ОСТ 11 0444-87. Материалы пьезокера-мические. Технические условия. 1988-01-01. Москва : Электростандарт, 1987. 140 с.

Смажевская, Е.Г., Фельдман Н.Б. Пьезо-электрическая керамика. Москва: Советское радио, 1971. 200 с.

Pavlov, D. Fundamentals of Lead–Acid Batteries // Lead-Acid Batteries: Science and Technology (Second Edition) / под ред D. Pavlov. Amsterdam : Elsevier, 2017. P. 33-129. doi: 10.1016/B978-0-444-59552-2.00002-X

Пористые пьезокомпозиционные мате-риалы на основе пьезокерамики ПКП-12 / Е.В. Карюков [и др.] // Инженерный Вестник Дона. 2017. Т. 47. № 4 (47). С. 7.

Published

2024-07-10

How to Cite

Koshkin Г. А., Pak Ч. Г., Kikot В. В., & Rozen А. Е. (2024). ON INFLUENCE OF THERMAL TREATMENT ON CHARACTERISTICS OF "LEAD ZIRCONATE-TITANATE – PHOSPHATE BINDER" COMPOSITE. Polzunovskiy VESTNIK, (2), 235–242. https://doi.org/10.25712/ASTU.2072-8921.2024.02.031

Issue

Section

SECTION 2. CHEMICAL TECHNOLOGIES, MATERIALS SCIENCES, METALLURGY