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《Ceramics International》:基于数字光处理(DLP)的锆钛酸铅压电陶瓷3D打印研究

《Ceramics International》:基于数字光处理(DLP)的锆钛酸铅压电陶瓷3D打印研究

  • 分类:资讯中心
  • 发布时间:2023-11-07 11:13
  • 访问量:

【概要描述】利用数字光处理技术成功制备了PZT压电陶瓷,并通过引入可溶性淀粉在PZT浆料中,实现了PZT坯体良好结合的目标。

《Ceramics International》:基于数字光处理(DLP)的锆钛酸铅压电陶瓷3D打印研究

【概要描述】利用数字光处理技术成功制备了PZT压电陶瓷,并通过引入可溶性淀粉在PZT浆料中,实现了PZT坯体良好结合的目标。

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2023年6月13日,华中科技大学、丹麦技术大学的研究人员在《Ceramics International》上发表题为3D printing of lead zirconate titanate piezoelectric ceramics via digital light processing (DLP)的研究论文,报道了一项研究利用数字光处理技术成功制备了PZT压电陶瓷,并通过引入可溶性淀粉在PZT浆料中,实现了PZT坯体良好结合的目标。研究人员对可溶性淀粉对PZT坯体烧结性能和微观结构的影响进行了初步研究。随后,他们评估了烧结后PZT陶瓷的收缩率、相对密度、介电性能和压电性能。最终,他们利用数字光处理技术成功制备了具有设计复杂结构的PZT陶瓷。这项工作对于拓宽数字光处理技术所应用材料范围具有积极意义。

 

原文链接:

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0272884223016887

 

  研究简介  

DLP技术在压电陶瓷制造中引起了广泛关注,但是固化性能较差限制了其应用。本研究通过在PZT陶瓷浆料中加入可溶淀粉,利用DLP技术成功制备了高性能的锆钛酸铅(PZT)压电陶瓷。经过后处理,含20 vol%可溶性淀粉的PZT陶瓷的相对密度可达到89.51%左右。该PZT陶瓷具有优异的介电常数、剩余极化、压电应变常数、压电电压常数、品质因数和机电耦合系数分别为2196、35.56 μC/cm²、373 pC/N、1.92 × 10² Vm/N、7.16 × 10¹² m²/N和42.28%。这项研究的结果表明,利用数字光处理技术制造高性能及设计复杂结构的先进陶瓷具有很大的潜力。

图1 (a) PZT的SEM显微图和(b)可溶性淀粉粉末的SEM显微图和粒度分布。

 

图2 (a) PZT/SS坯体TG-DTG分析(b)脱脂烧结工艺。(读者可参阅本文的网页版本,以了解该图例中有关颜色的解释。)

 

图3 (a)不同可溶性淀粉含量的PZT浆料固化深度;(b)单层检测精度模型;(c)(d)(e)(f)测试精度的实际样品。

 

图4不同可溶性淀粉含量烧结PZT压电陶瓷的XRD光谱。

 

图5 (a) PZT压电陶瓷的收缩率和(b)相对密度随可溶性淀粉含量的变化。

 

图6 (a) PZT陶瓷的极化-电场磁滞回线(b)不同可溶性淀粉含量PZT陶瓷剩余极化和矫顽力场的比较。

 

图7 与可溶性淀粉含量有关的压电应变常数。

 

 研究结论 

本研究使用了可溶淀粉来改变PZT浆料的折射率和紫外光吸收率,成功地制备了高性能和复杂结构的3D打印PZT压电陶瓷。随着可溶性淀粉含量的增加,PZT压电陶瓷的相对密度、介电常数和压电应变常数呈下降趋势,而居里温度则相反。通过适当的脱脂和烧结工艺,成功地制备出了含20 vol%可溶性淀粉的印刷PZT陶瓷,其相对密度约为理论密度的89.51%。印刷陶瓷具有良好的介电和压电性能,这些特性表明DLP技术的印刷陶瓷在电子器件中,特别是压电致动器方面具有巨大的潜力。这种方法显示了扩大DLP技术制造材料范围的有希望的潜力。

——END——

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