دراسة خواص العزل الكهربائي للبورسلين عن طريق إضافة مساحيق زركونات الرصاص النانوية والمايكروية لطبقة التزجيج

الباحث

نريمان حسين محمد

المشرف

شهاب احمد زيدان - حسين علاء جابر

الجامعة

الجامعة التكنولوجية

الكلية / القسم

قسم هندسة المواد / هندسة المواد

الشهادة

ماجستير

السنة

2022

لغة الرسالة

انكليزي

الكلمات المفتاحية

Porcelain;Dielectric properties;PZT powders;Glaze coating

ازدادت في السنين الاخيرة الحاجة إلى المواد التي تتمتع بكثافة تخزين طاقة عالية لتلبية الطلب المتزايد على الإلكترونيات المحمولة والسيارات الكهربائية وأجهزة تخزين الطاقة واسعة النطاق. المواد السيراميكية العازلة هي حجر الاساس لكل جهاز إلكتروني خاصة التي تعمل بدرجات الحرارة المرتفعة ، وتحسين خصائص المواد العزلة السيراميكية مثل ثابت J jal الكهربائي ،الاستقطاب عفقدان العزل الكهربائي ومتانة العزل الكهربائي يلعب دورًا مهما في إنتاج إلكترونيات متطورة . في السنوات الأخيرة استخدام عوازل قطبية مثل المواد الكهروضغطيةا والمواد التي لها استقطاب كهربائي تلقائي، مثل PZT التي لها خصائص عازلة عالية يفتح الطريق امام هذا التطور ، ولذلك بالاعتماد على تلك الحقائق تم استخدام تقنية جديدة في هذا البحث لتحسين الخصائص العازلة للسيراميك. تتضمن هذه التقنية إضافة مسحوق تيتانات زركونات الرصاص السيراميكي (PbZrxTil-xO3) بالحجم النانوي والمايكروي إلى طبقة تزجيج البورسلين. الجزء الأول من الدراسة هو تصنيع عينات من البورسلين باستخدام (كأولين 7ه الفلدسبار wt%35 ، السليكا 30 (wt% وتم كبسها تحت ضغط 10طن وحرقها عند درجة حرارة© 1300° لمدة ساعتين من الانضاج.وقد تم فحص البنية المجهرية باستخدام( (XRD، FE-SEM بالإضافة إلى الخصائص الميكانيكية والفيزيائية والعزل الكهربائي لعينات البورسلين قبل التزجيج. تم بعد هذه الخطوة تم تحضير مخاليط الزجاج من مسحوق زجاج الرصاص المنصهر جزئيًا مع إضافة نسب مختلفة من مسحوق تيتانات زركونات الرصاص السيراميكي بالأحجام النانوية والميكروية )50% and 10:20:30,40, 420 ذلك تم تحضير العوالق الزجاجية وتطبيقها بشكل موحد بواسطة فرشاة على سطح عينات البورسلين المحروقة. وتم حرق عينات البورسلين المزجج عند درجة حرارة 850°C والانضاج dad ساعتين. كما تم فحص صلادة فيكرز المايكروية والخشونة والعزل الكهربائي و (XRD, FE-SEM) لعينات البورسلين المزجج. بالإضافة إلى استخدام معامل ويبل بقيمتين من معدلات الجهد(5107/5 ) kV/s)5 0.5 ) للحصول على نتائج مقاومة العزل الكهربائي اكثر اعتمادية ودقة قبل وبعد التزجيج وأيضًا تم استخدامه لنتائج اختبار القوة القطرية لعينات البورسلين قبل التزجيج . تم الحصول على خصائص فيزيائية وميكانيكية وعزليه جيدة من البورسلين غير المزجج والذي يعد موافق للمواصفات المطلوبة للعوازل الكهربائية. أظهر تحليل XRD الاطوار الرئيسية في عينات البورسلين والتي كانت المولايت ذو الشكل الإبري والكوارتز مع وجود القليل من اطوار اللوسايت والكريستوبالايت .معامل ويبل لعينات البورسلين الغير مزججة عند جهد SKV/s) ) هو (4.1169 = (m ، وهو أقل من قيمة معامل ويبل للجهد المنخفض وهي (6.7871- (1m معامل ويبل ازداد لقيمة تصل إلى ( m=9.6313 ) للعينات المزججة دون إضافة (.PZT) .وعند الجهد المنخفض (0.5KV/s) أرتفع معامل ويبل إلى ( 13.327 = (m عند نسبة اضافة 30wt% نانو PZT) )و( 15.45 = sie(m نسبة اضافة (40wt%) مايكرو (PZT) .بينما مع معدل الجهد العالي(15//5 5 )كانت Lad معامل ويبل )12.039 = aie(.m نسبة اضافة 20wt%) ) نانو ) (PZT و(13.961 (m= عند نسبة اضافة )% 30wt ) مايكرو ( PZT ) . ارتفعت قيمة ثابت العزل الكهربائي (' ع) من )12.57( لعينات البورسلين الغير مزجج بإضافة ال (PZT) إلى (34.53) و )29.08( عند dus اضافة sit (SOwt/) و( 5017#) مايكرو على التوالي ، وأظهرت الموصلية زيادة بعد التزجيج عند نسبة اضافة (S0wt7) نانو (PZT) بقيمة ( 950.9 ) أعلى من (/]501 ) مايكرو ( (PZT بقيمة ( 354) . كما و كانت الم م قيمة (8 (tan )0.043( عند (/501 ) مايكرو منخفضة مقارنة بإضافة ) % SOwt )نانو PZT) )بقيمة (0.97). و يشير الارتفاع في ad ثابت العازل مع إضافة( (PZT وقيم فقدان J jell المنخفضة نسبيا إلى زيادة قدرة المتسعات على تخزين الطاقة مع امكانية عالية الحفاظ عليها دون خسارة كبيرة فيها.

Materials exhibiting high energy-storage density are currently needed to meet the growing demand for portable electronics, electric vehicles, and large-scale energy storage devices. Dielectric ceramics are the basic building block of every electronic device, especially for high- temperature applications, and enhancing its dielectric constant, dielectric loss polarization and a high electric breakdown strength plays a key role in producing advanced electronic components. In recent years, Polar dielectrics like piezoelectric and ferroelectric materials, such as Lead Zirconate Titanate ,that have high dielectric properties, led the way towards this development, so according to these facts, a new technique is used in this work to improve the dielectric properties of ceramics. This technique involves adding nano and micro of Lead Zirconate Titanate (PbZrxTi1-xO3) PZT ceramic powders to the porcelain glaze layer. The first part of the study was to fabricate porcelain specimens from (kaolin 35wt%, feldspar 35wt%, and flint 30wt %) compressed under pressure of (10 ton) and firing temperature of C for 2hr soaking time. The specimens investigated via FE-SEM and XRD in addition to mechanical tests, physical, and dielectric measurements .This step followed by preparing the glass mixtures from Pb-frit powder with different additions of nano & micro PZT ceramic powders (0,10,20,30,40,and 50 wt.%); then, the glass slurry prepared and has been uniformly applied by a brush on the surface of fired porcelain specimens and the glazed porcelain specimens were fired at 850 °C and for 2hrs soaking time the glazed specimens were examine with , FE-SEM, and XRD Vickers microhardness test, roughness, and dielectric measurement .Furthermore Weibull modulus was used to get more reliable dielectric strength results before and after glazing using two voltage rates values (5 kV/s) and (0.5 kV/s) , and also used with the diametrical strength test results for the unglazed porcelain specimens. Good physical, mechanical, and insulating properties were obtained from the prepared unglazed porcelain, which was in conformity with the required specifications of dielectric materials. The XRD analysis shows the major phases in unglazed porcelain were needle shape mullite and quartz with a poor presence of leucite and cristobalite phases. The hardness, roughness, for the glazed porcelain showed an increase of up to 30wt% of the PZT additives in both nano and micro. Weibull modulus of porcelain specimens without glazing applied to a voltage of (5 kV/s) result in (m=4.1169), which is lower than the value of low rate voltage (0.5 kV/s) (m=6.7871) , Weibull modulus increased up to m=9.6313 for the glazed specimen without adding PZT. At low rate voltage (0.5 kV/s) Weibull modulus raise up to m=13.327 for 30wt% nano-PZT and m=15.45 for 40wt% micro-PZT. While with voltage rate of (5 kV/s) m=12.039, m=13.961 for 20wt% nano-PZT and 30wt% micro-PZT respectively. Dielectric constant( ε') rise from (12.57) for porcelain without PZT glazing layer to (34.53) and (29.08) for adding 50wt% nano and 50wt% micro respectively AC.conductivity showed an increase after glazing with 50wt% nano- PZT (950.9) higher than in 50 wt% micro-PZT (354) .Also Dielectric loss tangent (tanδ) value was (0.043) at 50wt% micro lower than 50wt%nano PZT addition with value (0.97) .The rise in dielectric constant values with PZT addition and reasonably low dielectric loss values indicates that an increase in the capacitors ability to store energy with a strong ability to maintain it without significant loss .

طلب نسخة من الملف

الملفات غير منشورة على الموقع. اترك بياناتك وسيتواصل معك موظفو قسم الشؤون الثقافية والفنون لإرسال النسخة مجاناً.

الاسم

رقم الهاتف

البريد الإلكتروني

الغرض من الطلب (اختياري)

إرسال الطلب