Language
Kyke: 2 Skrywer: Werfredakteur Publiseertyd: 2020-03-16 Oorsprong: Werf
Piëso-elektriese keramiek-mikro-aktuators is nuwe tipe vastestof-aktuators wat gemaak is met behulp van die omgekeerde piëzo-elektriese effek. Hulle word wyd gebruik in hoë-tegnologie velde soos presisie-optika, mikromeganika, mikro-elektronika en rekenaartoepassings. Hierdie toepassings vereis dat piëzo-elektriese keramiektoestelle klein moet wees, lae dryfspanning, groot verplasing en integrasie. In die verlede is meerlaagse piëso-elektriese keramiek-mikroaktuators wat gevorm is deur piëso-elektriese keramiek met 'n kleefmiddel te bind, beïnvloed deur die dikte van die enkele keramiekdiafragma. Beperking (Dit is nogal moeilik om 'n keramiek monolitiese met 'n dikte van 200 μm of minder te maak), die toestel kan nie geminiaturiseer en geïntegreer word nie, en die gom in die toestel omdat die toestel groot kruip genereer onder die aksie van 'n elektriese veld, wat nie bevorderlik is vir die akkuraatheid van verplasingsbeheer nie, veral die toestel onder die aksie van 'n lang, maklike elektriese veld om af te val. piëzo ring sweis komponente vel, wat veroorsaak dat die toestel prestasie te verswak, en selfs die toestel fraktuur verskynsel, verkort die toestel se dienslewe, bring groot voordele vir die toepassing. In onlangse jare is die meerlaagse chip piëzo-elektriese keramiek verkry deur die gebruik van die groen gietproses van piëzokeramiek en die saamvuur tegnologie van die gegote piëzokeramiek groen film en die interne elektrode keramiek mikro-aktuator (MMPA) is 'n nuwe tipe funksionele keramiek toestel met uitstekende prestasie wat geskik is vir grootskaalse produksie. Hierdie meerlaagskyfietoestel is maklik om 'n filmdikte van minder as 100 μm te produseer as gevolg van die gietproses. Na afvuur word die piëzo-keramieklae direk aan die interne elektrode gebind sonder dat dit nodig is vir kleefbinding. Daarom kan die toestel geminiaturiseer en geminiaturiseer word, die kruipprestasie van die toestel word ook aansienlik verbeter, en die lae-verskynsel tussen die keramieklae word aansienlik verbeter. Dit word effektief oorkom, wat die dienslewe van die toestel aansienlik verbeter. Hierdie artikel rapporteer 'n meerlaagskyfie tipe en hoë lood PZT stelsel druk gemaak deur die gebruik van keramiek giet tegnologie en keramiek groen film / metaal interne elektrode saamvuur tegnologie. Dit is die eerste keer vir 'n elektriese keramiek mikro-aktuator in hierdie land. Hierdie vraestel bestudeer hoofsaaklik die statiese en dinamiese verplasingseienskappe van hierdie toestel.
Die prosesvloei vir die voorbereiding van 'n multi-laag chip piëzo-elektriese keramiek mikro-aktuator moet deur 10 hoof proses stappe gaan: eerstens, 'n sagte PZT ternêre piëzo-elektriese keramiek poeier met 'n groot piëzo-elektriese spanningskoëffisiënt word voorberei deur 'n elektroniese piëzo keramiek voorbereiding proses. Die molekulêre formule is xPb(Zn1/3Nb2/3)O3+yPbZrO3+zPbTiO3,(PZN-PZ-PT), (x+y+z=1),
Dan word die pzt-keramiekpoeier en die organiese bymiddel eenvormig gemeng in 'n sekere vastestof/vloeistof-verhouding om 'n eenvormige keramiekmis te verkry, en die keramiekmis word in 'n bak op 'n gietmasjien gegiet vir giet. En organiese draerspoed om 'n eenvormige, digte, gegote groen film met 'n sekere dikte voor te berei. Die gegote groen film word in 'n pzt keramiekgroen film van 'n sekere vorm gepons, en 'n patroon met 'n patroonelektrodepasta, en dan word die keramiekgroen film wat met elektrodes gedruk is in 'n spesiale vorm geplaas en in 'n sekere volgorde gelamineer om 'n meerlaagse piëzo-keramiek te verkry. Nadat u die meerlaagse liggaam van veelvuldige meerlaagse keramiektoestelle volgens die grootte van die toestel se aktiewe area gesny het, plaas dit in 'n suiwer Al2O3-smeltkroes en pak dit stadig saam. Die twee ente van die meerlaagskyfietoestel is bedek met Ag eksterne elektrodes, 650 C silwer verbrand, hoëtemperatuurpolarisasie (polarisasietyd 30min, 10004 C). Konveksie dik film en hoë temperatuur interne elektrode, en uiteindelik verkry 'n multi-laag chip piëzo-elektriese keramiek mikro-aktuator met 'n aktiewe area van 5mm × 6mm en 'n totale dikte van 2mm (die piëzo-elektriese keramiek laag is 35 lae, elke laag is 47 μm dik en die boonste en onderste oppervlak lae is ongeveer 1 m dik) 20 lae.
Die piëso-elektriese vervorming d33-koëffisiënt van die piëzo-keramiekkomponente is gemeet deur die Instituut vir Akoestiek van die Chinese Akademie van Wetenskappe. Die mikro-area-mikrostruktuur van die meerlaagtoestel is waargeneem met 'n skandeerelektronmikroskoop (SEM) wat deur die Instrument Factory van die Chinese Akademie van Wetenskappe vervaardig is. Die verplasingswaarde van die elektriese keramiek-mikro-aktuator word getoets deur die vervaardigde DGS-6 digitale vertoningsinduktansietoetser. Die resolusie is 0,01 μm. Die dinamiese verplasing word getoets deur 'n enkele laserstraal volgens die beginsel van die doppel-effek. Die resolusie is 0.005μm.
Vir 'n piëzo-elektriese keramiek is onderhewig aan konstante eksterne spanning, wanneer 'n spanning toegepas word op twee oppervlaktes loodreg op sy dikte-rigting (polarisasie-rigting), en met inagneming van slegs piëzo-elektriese vervorming tot lineêre vervorming, kan dit uit die piëzo-elektriese vergelyking bekend wees dat die druk.
Waar d33 die piëso-elektriese vervormingskoëffisiënt is, V die toegepaste spanning is, en t die dikte van die keramiekmonoliet is. Vergelyking toon dat wanneer die toegepaste spanning die hoeveelheid verandering is, die verplasing van die piëso-elektriese plaat in die dikte-rigting en die piëso-elektriese .Die vervormingskoëffisiënt d33 is eweredig aan die toegepaste spanning V en het niks met die dikte te doen nie; wanneer die toegepaste elektriese veld egter verander word, is die verplasing wat deur die toestel gegenereer word nie net eweredig aan die piëso-elektriese koëffisiënt d33 en die elektriese veld nie, maar ook eweredig aan die dikte Dit is eweredig. Dit kan gesien word dat die verplasing van die piëzo-elektriese keramiek in die dikte-rigting verband hou met die werkmodus van die verplasingsaandrywing wat deur die piëzo-elektriese keramiek gekies word. Wanneer toegedien word, moet die twee faktore van die toegepaste spanning en elektriese veld terselfdertyd in ag geneem word. Toepassing onder byna-afbreek elektriese veld; terselfdertyd moet die werkspanning so laag as moontlik wees, en die verplasing moet so groot as moontlik wees.
Vir 'n toestel met 'n sekere toegepaste spanning, kan die vermindering van die dikte van die keramiekplaat die doel bereik om die grootte van die toestel in die dikte-rigting te verminder. Daarom, wanneer die meerlaagse piëzokeramiekplaat meganies in serie verbind word, elektries in parallel gekoppel word, en die piëzo-keramieklaag saam, neem die polarisasierigting van die aangrensende piëzo-keramiektransduktor die omgekeerde struktuur. Op hierdie manier, wanneer die meerlaagse piëso-elektriese keramiek-mikro-aandrywer met 'n bedryfspanning toegepas word, word sy longitudinale verplasing gesuperponeer, wat uitgedruk kan word.
Waar N die aantal piëzo-keramieklaminate is, dit wil sê, die verplasing van die meerlaagse piëzo-elektriese keramiek-mikro-aktuator word N keer vergroot in vergelyking met 'n enkele stuk piëzo-elektriese keramiek. Wanneer die verplasing egter gebaseer is op die elektriese veld wat deur elke piëzo-elektriese keramiekplaat toegepas word. Wanneer die hoeveelheid verandering is, kan vergelyking (2) uitgedruk word.
Waar t die dikte van elke laag piëso-elektriese keramiek is, en l die totale dikte van die meerlaagtoestel is. Deur die uitdrukkings van vergelykings (3) en (1) te vergelyk, kan gevind word dat wanneer die totale dikte van die meerlaagtoestel is. Wanneer die dikte t dieselfde is, is die twee vergelykings dieselfde, wat aandui dat wanneer die elektriese veldintensiteit wat toegepas word deur elke piëso-elektriese keramiekstuk van die meerlaagtoestel dieselfde is as dié van 'n enkele stuk piëso-elektriese keramiek, die verplasingshoeveelheid van die twee gelyk is. Die toegepaste spanning is N keer laer as dié van 'n monolitiese piëso-elektriese keramiek.
Dit kan gesien word uit die bogenoemde analise dat alhoewel monolitiese piëso-elektriese keramiek ook mikronskaal verplasing kan bereik deur die filmdikte te verhoog, die toegepaste werkspanning duisende volts moet wees, wat nie bevorderlik is vir toepassing nie. As die hoeveelheid verandering, het dit twee verskillende funksies om die hoeveelheid verplasing te versterk en die bedryfspanning te verminder. Veral wanneer die meerlaagtoestel die elektriese veld konstant hou, kan die totale dikte verhoog word deur die aantal lae van die toestel te verhoog. Daarom word dit prakties toegepas. Wanneer meerlaagtoestelle nie net 'n vergrote verplasing het nie, maar ook die bedryfspanning effektief kan verminder.
die totale dikte is 2 mm (die piëzo-elektriese keramieklaag is 35 lae, elke laag is 47 μm dik, en die boonste en onderste oppervlaklae is elk ongeveer 120 μm dik), wat voorberei word deur die keramiek-leë filmgietproses en die keramiek-/metaal-interne elektrode-samevuurtegnologie. Die wit parallelle strepe in die prentjie is metaal interne elektrodes met pzt keramiek lae tussen die interne elektrodes. Baie porieë met 'n grootte van verskeie mikrons kan in die piezo keramiek ring . Dit is as gevolg van die keramiekgietwerk. Organiese materiale soos bindmiddels en weekmakers beslaan 'n sekere verhouding in die groen film. Wanneer die keramiek / interne elektrodes saamgebrand word, veroorsaak die vervlugtiging van die organiese materiale in hierdie films baie groot porieë in die pzt-keramieklaag. Hierdie porieë is egter in die PZT-reeks. Die elektromeganiese eienskappe van die pzt-keramieklaag word nie ernstig aangetas in die gegote keramiekplaat nie. Hierdie resultaat stem basies ooreen met die elektromeganiese koëffisiënt van die PBNN rigiede piëso-elektriese keramiek wat deur die gietmetode voorberei is. Daarom kan dit oorweeg word dat die elektromeganiese parameters van die piëzo-keramiek wat deur die gietmetode verkry word, basies dieselfde is as dié van die keramiekplaat deur die droë persmetode.
