Gốm áp điện cứng hệ
hiện đang được sử dụng để chế tạo biến tử cho máy rửa, máy phát siêu âm dưới nước. Hệ gốm này có các tính chất điện môi, sắt điện, áp điện tốt khi được nung thiêu kết tại nhiệt độ 1050 oC [1].
Nghiên cứu làm giảm nhiệt độ thiêu kết có ý nghĩa quan trọng trong thực tiễn. Điều này có thể làm giảm được năng lượng tiêu thụ, ô nhiễm môi trường. Có rất nhiều phương pháp làm giảm nhiệt độ thiêu kết. Trong số các phương pháp đó, phương pháp thiêu kết pha lỏng bằng cách thêm vào các phụ gia được sử dụng nhiều nhất. Phương pháp này là khá đơn giản, chất chảy thêm vào khi thiêu kết làm cho quá trình tạo pha dễ dàng và làm tăng mật độ gốm. Vì vậy, nhiệt độ thiêu kết gốm thấp hơn so với phương pháp truyền thống.
Zhlium (1989) đã sử dụng B2O3 – Bi2O3 – CdO như là một chất kích hoạt pha lỏng, hạ được nhiệt độ thiêu kết của gốm PZT xuống còn 960 oC và các tính chất áp điện được cải thiện.
Năm 2007, các tác giả R. Mazumder, A. Sen đã nghiên cứu nhiệt độ thiêu kết của gốm PZT siêu thấp, hạ thấp nhiệt độ siêu thấp bằng cách đưa các hợp chất ban đầu về bột có cấu trúc nano và thêm chất chảy LiBiO2 (LBO). Kết quả, gốm PZT
thiêu kết tại nhiệt độ 750 oC thêm 2%wt LBO có hệ số liên kết điện cơ cao nhất kp = 0.62 [18].
Năm 2000, các tác giả ở Nhật Bản đã chế tạo gốm PZT với nhiệt độ thiêu kết thấp bằng cách thêm vào tạp chất để hạ thấp nhiệt độ thiêu kết và nâng cao các tính chất vật lý của gốm. Gốm Pb(Zr 0.53Ti0.47)O3 có thể thiêu kết ở nhiệt độ 800 oC trong 2h khi thêm vào LBO + CuO [8].
Việc nghiên cứu nhằm giảm nhiệt độ thiêu kết mà không làm giảm các tính chất của gốm đã được đặt ra. Các tính chất của chất thuỷ tinh 4PbO.B2O3 đã được Fajans và Kreidl nghiên cứu (1948). Thuỷ tinh không chỉ có nhiệt độ tan chảy thấp mà còn tồn tại khả năng phân cực rất cao, điều này rất thuận lợi để phân cực cho gốm. Nhiệt độ tan chảy của 4PbO.Bi2O3 vào khoảng 500 oC. Vì vậy, nó có thể cung cấp pha lỏng cho toàn bộ quá trình thiêu kết nhưng nếu thêm hàm lượng 4PbO.Bi2O3 vượt quá giới hạn hòa tan sẽ làm giảm tỷ lệ phát triển cỡ hạt.
Năm 2011, các tác giả Hàn Quốc đã nghiên cứu hệ gốm PMN-PFN-PZT về sự ảnh hưởng của nhiệt độ thiêu kết đến tính chất áp điện, mật độ gốm. Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng, tạp Li2CO3 đó ảnh hưởng rất lớn đến quá trình thiêu kết và các tính chất vật lý của hệ gốm trên.
Một số báo cáo nhắc đến nhược điểm của chất phụ gia thêm vào khi thiêu kết, đã làm thay đổi tính chất áp điện của thành phần gốc. Trong chương này, chúng tôi tập trung nghiên cứu ảnh hưởng của LiBiO2 đến các tính chất của gốm . Mục tiêu là chế tạo được gốm ở nhiệt độ thấp hơn 1000 oC song vẫn có các thông số áp điện cao, đáp ứng tốt các yêu cầu của biến tử siêu âm công suất.