Obtenção e caracterização microestrutural e elétrica de cerâmicas PZT-PMN

Abstract

Este trabalho investigou o sistema (1 - x )PZT - x PMN, avaliando a influência da composição química e dos parâmetros de sinterização na microestrutura e propriedades elétricas dos corpos cerâmicos obtidos pelo método convencional de mistura de óxidos. Os óxidos usados foram o Nb2O5, ZrO2, TiO2, PbO e MgCO3, cominuídos e homogeneizados em moinho de bolas, por 3 horas. Para o 0,65PZT - 0,35PMN, utilizou-se 28,58% de Nb2O5, 38,93% de ZrO2, 23,29% de TiO2 e 9,2% de MgCO3; para o 0,75PZT-0,25PMN, utilizou-se 20,9% de Nb2O5, 45,34% de ZrO2, 27,13% de TiO2 e 6,62% de MgCO3 e para o 0,85PZT-0,15PMN, usa-se 12,71% de Nb2O5, 52,09% de ZrO2, 31,16% de TiO2 e 4,04% de MgCO3. O pó obtido foi submetido a calcinação a 1200°C por 4 h e, então, acrescentado PbO com um excesso de 2% em massa.à mistura, a qual foi submetida a uma nova calcinação a 800°C durante 2 horas. O pó resultante da calcinação foi conformado por prensagem, utilizando uma prensa uniaxial a 190 MPa, na forma de discos medindo 10 mm de diâmetro e 1,5 mm de espessura. A curva de queima dos corpos cerâmicos consistiu em um novo patamar a 500°C por 4h (e/ou a 800°C por 2h) e outro consecutivo a 1200°C por 4h. As amostras foram caracterizadas pela sua densidade e porosidade aparente (método de Arquimedes), composição de fases (por difração de raio-X), Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) e caracterização elétrica (constante dielétrica e capacitância). Os corpos cerâmicos correspondentes à composição 0,75PZT-0,25PMN alcançaram a maior densidade (7,09 ± 0,18 g/cm³) quando calcinados sucessivamente a 500°C e a 800°C, com os maiores valores de capacitância (210 pF a 200 KHz) e de constante dielétrica (1000 na frequência de 1 KHz), com menor evidência de formação de pirocloro e maior de perovskita. Os valores de constante dielétrica encontrados estão dentro do esperado para materiais cerâmicos piezoelétricos do tipo PZT - PMN, aproximadamente 1000 para freqüências de 1KHz.

This work investigated the system (1 - x )PZT - x PMN, evaluating the influence of the chemical composition and the sintering parameters on the microstructure and the electric properties of ceramic bodies obtained by the conventional method of mixture of oxides. The used oxides were Nb2O5, ZrO2, TiO2, PbO e MgCO3, squeezed and homogenized in mill of balls, for 3 hours. For the 0.65PZT-0.35PMN, it was used 28.58% of Nb2O5, 38.93% of ZrO2, 23.29% of TiO2 and 9.2% of MgCO3; for the 0.75PZT-0.25PMN, it was used 20.9% of Nb2O5, 45.34% of ZrO2, 27.13% of TiO2 and 6.62% of MgCO3 and for the 0.85PZT-0.15PMN, it is used 12.71% of Nb2O5, 52.09% of ZrO2, 31.16% of TiO2 and 4.04% of MgCO3. The obtained powder was submitted the calcination for 1200°C for 4 h and, then, increased PbO with an excess of 2% in mass, which was submitted to a new calcination to 800°C for 2 hours. The calcinated powder was conformed by pressing, using a uniaxial press to 190 MPa, in the form of disks measuring a diameter of 10mm and 1.5 mm of thickness. The curve of the burning of the ceramic bodies consisted in a new calcination to 500°C for 4h (and/or to 800°C for 2h) and other consecutive to 1200°C for 4h. The samples were characterized by density and apparent porosity (Method of Arquimedes), composition of phases (by X - rays diffraction), Scanning Electric Microstructure (SEM) and electrical properties characterization (dielectric constant and capacitance). The ceramic bodies corresponding to the composition 0.75PZT-0.25PMN reached the largest density (7.09 ± 0.18 g/cm³) when calcined successively to 500°C and 800°C, with the largest values of capacitance (210 pF to 200 KHz) and dielectric constant (1000 in the frequency of 1 KHz), with smaller evidence of pyrochlore formation and larger of perovskte. The values of dielectric constant found are inside of the expected for the piezoelectric ceramics of the type PZT- PMN, approximately 1000 by frequencies of 1KHz.