بررسی اثر متغیرهای روش پاشش پلاسمایی روی میکروساختار و خواص دی‌الکتریک پوشش تیتانات باریم

پاک سرشت, امیر حسین; رحیمی پور, محمدرضا; واعظی, محمدرضا; صالحی, مهدی

doi:10.30501/jamt.2635.70257

بررسی اثر متغیرهای روش پاشش پلاسمایی روی میکروساختار و خواص دی‌الکتریک پوشش تیتانات باریم

نویسندگان

امیر حسین پاک سرشت ¹

محمدرضا رحیمی پور ²

محمدرضا واعظی ³

مهدی صالحی ⁴

¹ پژوهشکده سرامیک، پژوهشگاه مواد و انرژی کارشناس ارشد

² استاد، پژوهشکده سرامیک، پژوهشگاه مواد و انرژی

³ استادیار، پژوهشکده فناوری نانو و مواد پیشرفته، پژوهشگاه مواد و انرژی

⁴ دانشکده مهندسی مواد، دانشگاه صنعتی اصفهان

10.30501/jamt.2635.70257

چکیده

در این پژوهش پوشش ضخیم تیتانات باریم بوسیله روش پاشش حرارتی بر روی فولاد زنگ نزن ایجاد شد. مورفولوژی و ساختار این پوشش که بوسیله روش پاشش پلاسمایی اتمسفری تشکیل شده است، با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) و پراش پرتو ایکس (XRD) بررسی شدند. نتایج نشان داد بهینه سازی پارامترهای دستگاه پاشش پلاسمایی روی خواص نهایی و یکنواختی پوشش اثر گذار است. با توجه به نتایج تست XRDپوشش نهایی دارای ساختار پلیکریستال با مقدار بسیار جزئی فاز آمورف است. نسبت فاز کریستالی به فاز آمورف بر خواص دی الکتریک پوشش بسیار اثر گذار بوده، بطوریکه با افزایش فاز کریستالی میزان ضریب دی الکتریک پوشش افزایش یافت. ترک های ریز و مرز بین اسپلت ها نیز از عوامل مهم و اثر گذار بر خواص نهایی پوشش هستند. بیشترین میزان ضریب دی الکتریک برای پوشش تیتانات باریم در محدوده بین 85 تا 120 قرار داشت. این محدوده بعد از عملیات حرارتی به 160 تا 180 تغییر پیدا نمود.

کلیدواژه‌ها

پاشش پلاسمایی

تیتانات باریم

ضریب دی الکتریک

فاز آمورف

اسپلت

عنوان مقاله English

Effect of plasma spray parameters on the microstructure anddielectric properties of barium titanate coating

نویسندگان English

Amir hossein Pakseresht ¹

Mohamadreza Rahimipour ²

M.R. Vaezi ³

Mehdi Salehi ⁴

¹ Department of Ceramics, Materials and Energy Research Center

² Department of Ceramics, Materials and Energy Research Center

³ Department of Materials Engineering, Isfahan University of Technology, Isfahan

⁴ Department of Materials Engineering, Isfahan University of Technology, Isfahan

چکیده English

In this research, Barium titanate thick film was produced by thermal spray method on stainless steel
substrate. Morphology and structure properties of BaTiO3 coatings prepared by atmospheric plasma spraying were
evaluated using scanning electron microscope (SEM) and X-Ray diffraction (XRD) techniques, respectively. According
to the results, parameter optimization has been shown to play a critical role in the deposition of these materials as thin
structurally homogeneous deposits. Based on XRD results, the sprayed films were predominantly polycrystalline but
contained an amorphous second phase. The crystalline/amorphous ratio is directly related to the dielectric properties of
the layer, with greater crystallinity giving higher values of dielectric constant. Microcracks and splat/splat interfaces are
also believed to adversely affect the dielectric properties. The maximum dielectric constant (k) values achieved using
the APS method for deposition is in the range of 70–115. Dielectric constant values changed to 160-180 after heat
treatment.

کلیدواژه‌ها English

Dielectric Constant

Amorphous Phases

BaTiO3

Plasma spraying

Splat

Ren, P., Fan, H., Wang, X., A novel approach to prepare tetragonal BaTiO₃nanopowders, Materials Letters, 2013, 65, 212-214.
Vijatović MM, Bobić JD, Stojanović BD., History and Challenges of Barium Titanate: Part II, Science of Sintering, 2008, 40, 235–244.
Stojanovic BD, Foschini CR, Pavlovic VB, Pavlovic VM., Barium titanate screen-printed thick films, Ceramics International, 2002, 28, 293–298.
Ying K, Hsieh T., Sintering behaviors and dielectric properties of nanocrystalline barium titanate, Science and Engineering B, 2007, 138, 241–245.
Vijatović MM, Bobić JD, Stojanović BD., History and Challenges of Barium Titanate: Part II, Science of Sintering, 2008, 40, 155–165.
Aachen PF. Barium Titanate Based Ceramic Materials for Dielectric, High Technology Ceramics 1987, 3, 91–111.
Raengthon, H., Sebastian, N.T.D., BaTiO₃–Bi(Zn_1/2Ti_1/2)O₃–BiScO₃ Ceramics for High-Temperature Capacitor Applications, Journal of American Ceramic Society, 2012, 95, 3554-3561.
Sonia, R.K. Patel, P. Kumar, C. Prakash, D.K., Low temperature synthesis and dielectric, ferroelectric and piezoelectric study of microwave sintered BaTiO₃ ceramics, Ceramics International, 2012, 38, 1585–1589.
Wu L, Chure M, Wu K, Chang W, Yang M., Dielectric properties of barium titanate ceramics with different materials powder size, Ceramics International, 2009, 35, 957–960.
Tyunina, M., Malic, B.M., Dielectric Response of BaTiO₃ Thin Film with Grain Size at Nanometer Scale, Journal of American Ceramic Society, 2012, 95, 1333–1338.
Ctibor P, Ageorges H, Sedlacek J, Ctvrtlik R., Structure and properties of plasma sprayed BaTiO3 coatings, Ceramics International , 2010, 36(7), 2155–2162.
Singh, H., Sidhu, B. S., Use of plasma spray technology for deposition of high temperature oxidation/corrosion resistant coatings- a review, Materialand Corrosion, 2007, 58, DOI: 10.1002/maco.200603985.
Garcia, E., Miranzo, P., Soltani, , Microstructure and thermal behaviorof thermal barrier coatings, Ceramics International, 2008, 17, 478-485.
Svakumari, R., On the development of the plasma-sprayed thermal barrier coatings, Oxidation of metal, 1983, 20.
Feuerstein, A., Taylor, J., Technical and economical aspects of current thermal barrier coating systems for gas turbine engines by thermal spray and EBPVD: A Review, Journal of Thermal Spray Technology, 2003, 17, 199-213.
Knotek, O., Handbook of hard coatings: deposition technologies, properties and applications, U. S. A./William Andrew Publishing, LLC, Norwich, New York, 2001.
Pfender, E., Fundamental studies associated with the plasma spray process, Surface Coating Technology, 1988, 34, 1-10.
Sampath, S., Thermal Spray Applications in Electronicsand Sensors: Past, Present, and Future, Journal of Thermal Spray Technology, 19, 921–949. DOI: 10.1007/s11666-010-9475-2.
Carla, C., Bertran, C. A. , Mullite Formation from Mixtures of Alumina and Silica Sols: Mechanism and pH Effect, Chemical Society, 2005, 16, 251-258.
Wang, H.G. Herman, H. Plasma-sprayed cordierite dielectric and electrical properties, Surface Coating Technology, 1989, 37, 297-303.
Malric, B., Dallaire, B. S., structure of plasma- sprayed Pzt thick-films, Material Letter, 1987, 5, 246-249.
Dent A. H, Patel A, Gutleber J., Tormey E., Sampath S., Herman H., High velocity oxy-fuel and plasma deposition of BaTiO₃ and(Ba,Sr)TiO₃, Materials Science and Engineering B, 2001, 87, 23–30.
ASTM E1920-03, Standard guide for metallographic preparation of thermal sprayed coating.
Li L., Vaidya A., Sampath S., Xiong H., Zheng L., Particle Characterization and Splat Formation of Plasma Sprayed Zirconia, Journal of Thermal Spray Technology, 2006, 15, 97–105.
Fauchais, P., Fukumoto, M., Knowledge Concerning Splat Formation: An Invited Review, Journal of Thermal Spray Technology , 2004, 13, 337–360.
Lima, R.S., Marple, B.R., Thermal Spray Coatings Engineered from Nanostructured Ceramic Agglomerated Powders for Structural , Thermal Barrier and Biomedical Applications: A Review, Journal of Thermal Spray Technology , 2007, 16, 40–63.