PMN-PT [Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-PbTiO3] esaslı piezoelektrik seramiklerin üretimi ve karakterizasyonu

Bu çalışmada, çok kristalli (1-y)[(1-x)[Pb(Mg1/3Nb2/3)O3]-(x)(PbTiO3)] - (y) Pb(Mn1/3Sb2/3)O3] (x=0,30-0,39 ve y=0-0,10) piezoelektrik seramikleri katı hal reaksiyon yöntemi kullanılarak üretilmiştir. Üretim aşamasında istenilmeyen piroklor fazının oluşumunu engellemek için literatür çalışmalarından faydalanılarak %5 mol ekstra MgO tozu kullanılmıştır. Mikroyapı ve kompozisyon analizleri; taramalı elektron mikroskobu (SEM) ve X-ışınları kırınımı (XRD) ile, elektriksel karakterizasyon ise empendans analizörü ve Berlincourt d33-piezometre kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Deneysel sonuçlar, PMS içermeyen PMN-PT kompozisyonlarında optimum özelliklerin 0,67PMN-0,33PT kompozisyonunda elde edildiğini ortaya koymuştur. Ekstra MgO ve tek kalsinasyon adımı kullanılarak PMS katkısı olmayan (y=0) kompozisyonlarda piroklor faz oluşumunun tamamıyla engellenemediği, PMS katkılı kompozisyonlarda ise tamamen ortadan kalktığı ve saf perovskit yapının elde edildiği görülmüştür. XRD sonuçları, artan PMS katkısıyla birlikte tetragonal fazdan rombohedral faza bir dönüşüm gerçekleştiğini göstermiştir. Ayrıca değişen PMN-PT-PMS kompozisyonunun, dielektrik ve piezoelektrik özellikler üzerindeki etkisi de incelenmiştir. Deneysel sonuçlar, 0,02<y<0,10 kompozisyon aralığında y=0,06 kompozisyonunun optimum elektriksel özellikler (d33=255 pC/N, KT=4551,7, kp=0,422, tan δ=%2,6, Qm=210, Tc=146 °C) sergilediğini göstermiştir. Geliştirilen bu kompozisyon özellikle sahip olduğu yüksek Qm değeriyle elektromekanik dönüştürücüler ve eyleyiciler gibi uygulama alanlarında kullanıma uygundur.

In this study, polycrystal (1-y)[(1-x)[Pb(Mg1/3Nb2/3)O3]-(x)(PbTiO3)] - (y)[Pb(Mn1/3Sb2/3)O3] (x=0,30-0,39 ve y=0-0,10) piezoelectric ceramics were produced by solid state raction method. 5 mol% excess MgO was used, based on the previous literature, in order to eliminate the formation of undesired pyrochlore phase. Microstructural and compositional analysis were performed by using scanning electron microscopy (SEM) and X-ray diffraction (XRD), respectively. Electrical parameters were characterized by impedance analyzer and Berlincourt d33-piezometer. Experimental results revealed that the 0,67PMN-0,33PT composition without PMS doping exhibited optimum properties. Pyrochlore formation could not be fully eliminated in compositions wihout PMS doping, whereas PMS doped compositions showed pure perovskite structure with excess MgO and single calcination step synthesis. XRD results showed a transition from tetragonal to rhombohedral phase with increasing PMS amount. Effect of varying PMN-PT-PMS composition on the dielectric and piezoelectric properties was also investigated. The composition with y=0,06 exhibited optimum electrical properties (d33=255 pC/N, KT=4551,7, kp=0,422, tan δ=%2,6, Qm=210, Tc=146 °C). This composition developed in the current study, is a good candidate for electromechanical transformer and actuator applications thanks to especially its high electromechanical quality factor.