Produção e caracterização de cerâmicas piezoelétricas livres de chumbo, a base de (na,k) nbo3 puras e dopadas com cobre
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Data
2016-07-29
Autores
Pedreca, Maria Goretti Delfino [UNIFESP]
Orientadores
Lente, Manuel Henrique Lente [UNIFESP]
Tipo
Dissertação de mestrado
Título da Revista
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Título de Volume
Resumo
The piezoelectric components market consists of lead based ceramics (PZT) which has, in its composition by weight, more than 60% of this element. Since this is a toxic material, this segment has been working on the replacement of Pb by other components with similar and / or superior properties and that do not harm human health and the environment. Alkali niobates, as KNN, are materials that have been widely studied as suitable substitutes for PZT, its physical properties and its applications. niobates powders are usually prepared by the conventional route oxides mixture. This widely used method of production involves high temperatures and long processing times, which can lead to volatilization and anomalous grain growth, and these aspects, a major challenge in the process of obtaining this material. Thus, this work is to evaluate the best sintering process to stabilize the perovskite phase in the post of KNN systems, aiming to obtain dense bodies, free or with minimal formation of secondary phases. The sintering process of a single stage and sintering two-stage process were studied. Also evaluated were the KNN doping process with copper and its influence when compared with pure KNN. For all evaluated routes, the results for KNN-pure and KNN-Cu were compared. Analyzed by the technique of X-ray diffraction, the crystal structure of powders and ceramics produced resulting in the formation of the perovskite phase to the post and ceramics. By scanning electron microscopy technique (SEM) it was possible to evaluate the microstructure of ceramics produced and compare them with other analyzes as the density results. We evaluated the dielectric responses characterized by dependence as a function of frequency and temperature of the real and imaginary dielectric permittivity using impedance spectroscopy technique. Finally, we used the resonance method for characterizing piezoelectric properties.
O mercado de componentes piezoelétricos é composto principalmente, por cerâmicas à base de chumbo (PZT) que têm, em sua composição em peso, mais de 60 % deste elemento. Sendo este um material tóxico, este segmento vem trabalhando na substituição do Pb por outros materiais com propriedades semelhantes e/ou superiores e que não prejudiquem a saúde humana e o meio ambiente. Os niobatos alcalinos, como o KNN, são materiais que têm sido muito estudados como substitutos adequados do PZT, pelas suas propriedades físicas e suas aplicações. Os pós de niobatos são preparados usualmente pela rota convencional de mistura de óxidos. Este método de obtenção largamente utilizado envolve altas temperaturas e longos tempos de processamento, o que pode ocasionar a volatilização e crescimento anômalo dos grãos, sendo estes aspectos, um grande desafio no controle de processo de obtenção deste material. Desta forma, este trabalho tem por objetivo avaliar, o melhor processo de sinterização para estabilizar a fase perovskita nos pós dos sistemas KNN, visando a obtenção de corpos cerâmicos densos, livres ou com mínima formação de fases secundárias. Foram estudados os processos de sinterização de um único estágio e o processo de sinterização de dois estágios. Avaliou-se também, o processo de dopagem do KNN com cobre e a sua influência quando comparado com o KNN puro. Para todas as rotas avaliadas foram correlacionados os resultados do KNN puro e do KNN com cobre. Analisou-se pela técnica de difração de raio X, a estrutura cristalina dos pós e das cerâmicas produzidas e se observou a formação da fase perovskita para os pós e para as cerâmicas. Através da técnica de microscopia eletrônica de varredura (MEV) foi possível avaliar a microestrutura das cerâmicas produzidas e compará-las com outras análises como os resultados de densidade. Também foram avaliadas as respostas dielétricas caracterizadas pela dependência em função da frequência e temperatura da permissividade dielétrica real e imaginária utilizando a técnica de espectroscopia de impedância. Por fim, foi utilizado o método de ressonância para a caracterização das propriedades piezoelétricas.
O mercado de componentes piezoelétricos é composto principalmente, por cerâmicas à base de chumbo (PZT) que têm, em sua composição em peso, mais de 60 % deste elemento. Sendo este um material tóxico, este segmento vem trabalhando na substituição do Pb por outros materiais com propriedades semelhantes e/ou superiores e que não prejudiquem a saúde humana e o meio ambiente. Os niobatos alcalinos, como o KNN, são materiais que têm sido muito estudados como substitutos adequados do PZT, pelas suas propriedades físicas e suas aplicações. Os pós de niobatos são preparados usualmente pela rota convencional de mistura de óxidos. Este método de obtenção largamente utilizado envolve altas temperaturas e longos tempos de processamento, o que pode ocasionar a volatilização e crescimento anômalo dos grãos, sendo estes aspectos, um grande desafio no controle de processo de obtenção deste material. Desta forma, este trabalho tem por objetivo avaliar, o melhor processo de sinterização para estabilizar a fase perovskita nos pós dos sistemas KNN, visando a obtenção de corpos cerâmicos densos, livres ou com mínima formação de fases secundárias. Foram estudados os processos de sinterização de um único estágio e o processo de sinterização de dois estágios. Avaliou-se também, o processo de dopagem do KNN com cobre e a sua influência quando comparado com o KNN puro. Para todas as rotas avaliadas foram correlacionados os resultados do KNN puro e do KNN com cobre. Analisou-se pela técnica de difração de raio X, a estrutura cristalina dos pós e das cerâmicas produzidas e se observou a formação da fase perovskita para os pós e para as cerâmicas. Através da técnica de microscopia eletrônica de varredura (MEV) foi possível avaliar a microestrutura das cerâmicas produzidas e compará-las com outras análises como os resultados de densidade. Também foram avaliadas as respostas dielétricas caracterizadas pela dependência em função da frequência e temperatura da permissividade dielétrica real e imaginária utilizando a técnica de espectroscopia de impedância. Por fim, foi utilizado o método de ressonância para a caracterização das propriedades piezoelétricas.
Descrição
Citação
PEDRECA, Maria Goretti Delfino. Produção e caracterização de cerâmicas piezoelétricas livres de chumbo, a base de (na,k) nbo3 puras e dopadas com cobre. 2016. Dissertação (Mestrado) - Instituto de Ciência e Tecnologia, Universidade Federal de São Paulo (UNIFESP), São José dos Campos, 2016.