Studie oor polarisasieproses van PZT piëso-elektriese keramiek

Piëso-elektriese kristalomskakelaars word wyd gebruik in die velde van elektronika, lig, hitte en akoestiek, en het belangrike funksionele materiale in die verdedigingsindustrie, siviele industrie en daaglikse lewe geword. Hulle is 'n belangrike navorsingsrigting van huidige funksionele materiale. Tans is die mees gebruikte piëso-elektriese keramiek steeds loodsirkonaattitanaat (PZT) en sy ternêre of kwaternêre keramiek. Die polarisasieproses is 'n sleutelproses in die vervaardiging van piëzo-elektriese keramiektoestelle. Die polarisasieproses is die proses van die beweging en ontwikkeling van domeinstrukture in piëso-elektriese keramiek. Piëso-elektriese keramiek is isotropiese liggame voor kunsmatige polarisasie, en vertoon nie piëso-elektriese effek ekstern nie; na polarisasie word hulle anisotropiese liggame as gevolg van remanente polarisasie en het dus 'n piëso-elektriese effek. Die diëlektriese en elastiese eienskappe van die gepolariseerde piëso-elektriese keramiek hou verband met die mate van polarisasie. Om die piëzo-elektriese keramiek 'n hoë mate van polarisasie te maak en volle speling te gee aan hul potensiële piëzo-elektriese eienskappe, is dit nodig om die optimale polarisasietoestande aan te neem, dit wil sê om die toepaslike polarisasie elektriese veldsterkte (E) en polarisasietemperatuur (T) te kies. En polarisasietyd (t). Die drie toestande van die polarisasieproses is onderling verwant. As die polarisasie elektriese veld swak is, kan dit vergoed word deur die temperatuur te verhoog en die polarisasietyd te verleng; as die elektriese veld sterk is en die temperatuur hoog is, kan die polarisasietyd verkort word. Die drie toestande van polarisasie is egter nou verwant aan die samestelling van piëso-elektriese keramiek. Vir PZT piëso-elektriese keramiekmateriale word die dwingende elektriese veld verminder. Die tradisionele metode is om die sirkonium tot titanium verhouding aan te pas. Hoe groter die sirkonium tot titanium verhouding, hoe kleiner is die dwingende elektriese veld, sodat die polarisasie elektriese veld kleiner is. Dit is die verhoging van die sirkonium tot titanium verhouding nie aansienlik verbeter die polarisasie proses toestande.

In die produksie en wetenskaplike navorsing word sekere oksiede en verbindings dikwels as spoorbymiddels gebruik om die werkverrigting van piëso-elektriese keramiekmateriale te verbeter. Hierdie spoorbymiddels vervang die posisies van sommige titaniumione en sirkoniumione in PZT, wat die domein in die korrels maklik laat beweeg, wat lei tot 'n aansienlike vermindering van die dwingende elektriese veld en ook die drie toestande van polarisasie verminder. Maklik om te polariseer. Na 'n lang tydperk van herhaalde eksperimente, word bepaal dat die 6. 5 MHz piëso-elektriese keramiekfilter gemaak is van gemodifiseerde PZT en die samestelling daarvan is Pb0. 90 Sr0. 05mg0. 03Ba0. 02 (Zr0. 53 Ti0. 47 ) O3 +CeO2 + Nadat die piëzo-elektriese keramiek-grondstof voorafgevuur, gevorm, gevuur en gepoleer is, word 'n ronde piëzo-keramiekskyf van 24 mm × 0.35 mm gevorm, en nadat dit silwer aan beide kante van die oond geplaas is, word dit aan beide kante van 'n piezo 0-stuk 0-stuk 0-oond geplaas. C. Bak vir meer as 10 min, en verwyder die teëls van die silwer laag. Dan word die silwer piëzo-plaat in 'n boksoond geplaas, en die temperatuur word verhoog tot 100 ° C by 'n konstante temperatuur van 15 ° C / 6 min, en die temperatuur word verhoog tot 0,5 ° C. Die temperatuur word verhoog tot 'n konstante temperatuur van 15 ° C / 6 min. By 400 °C is die temperatuur verhoog tot 700 °C by 'n konstante temperatuur van 20 °C / 6 min. Na 'n konstante temperatuur van 20 min, is die temperatuur stadig verlaag tot onder 100 °C. Die versilwerde porseleinstukke is vir 12 uur by kamertemperatuur geplaas, in 'n silikoonoliebad geplaas en aan polarisasiebehandeling onder die verskillende polarisasietoestande onderwerp. Die piëzo-elektriese eienskappe van tangensiële piëso-elektriese buis is gemeet nadat dit vir 24 uur gestaan ​​het.

Effek van gepolariseerde elektriese veld op piëso-elektriese eienskappe

In die polarisasieproses is die polarisasie-elektriese veld die eksterne dryfkrag om die domein te stuur. In die geval van nie die versadigingsveldsterkte van die materiaal oorskry nie, hoe groter E, hoe groter is die effek van die oriëntasie van die domeinbelyning, en die mate van polarisasie Hoe vollediger, hoe beter is die piëso-elektriese werkverrigting. Elektrone wat moeilik is om te deflekteer of te heroriënteer by die lae druk is meer vatbaar vir defleksie of heroriëntasie onder hoë druk, wat polarisasie meer volledig maak. Vir 'n 180° inversiedomein, stuur die inversie van die domein nie die omgekeerde domein deur die laterale beweging van sy domeinwand nie, maar groei eerder baie polarisasie naby die elektrode langs die rand van die monster binne die inversiedomein. 'n Nuwe, skerp-agtige domein met 'n rigting wat ooreenstem met die rigting van die elektriese veld. Na kernvorming van die nuwe domein vorder dit onder die werking van 'n elektriese veld en dring die hele monster binne. Wanneer die elektriese veld versterk word, verskyn nuwe domeine voortdurend, en die voorwaartse ontwikkeling versprei na die hele omgekeerde domein. Laastens word die omgekeerde domein dieselfde as die rigting van die eksterne elektriese veld, en kombineer met aangrensende isotropiese domeine om 'n groter volume te vorm. Vir 'n 90°-domein kan die domeinmuur lateraal beweeg, en die kritieke elektriese veld wat benodig word vir sywaartse beweging van die 90°-domein is kleiner as die kritieke elektriese veld wat benodig word vir die skerp-vormige nuwe domeinkern, maar die 90°-domeinstuur en die eksterne elektriese veldrigting word vereis. Konsekwent vereis 'n groter elektriese veld, en die ontwikkeling van sy nuwe domein maak hoofsaaklik staat op die eksterne elektriese veld om die laterale beweging van die 90°-domeinwand te stoot. Onder die toestand van t = 15 min en T = 130 °C, is die polarisasie van die piëso-elektriese keramiekstuk deur E verander, en die piëso-elektriese konstante d33 verander met E. Daar kan gesien word dat wanneer E < 1. 5 kV/mm, d33 stadig toeneem met die toename van E; wanneer E > 1.5 kV/mm, neem d33 vinnig toe met die toename van E, maar wanneer E > 2.5 kV/ mm, daal d33 skielik vinnig. Dit is omdat wanneer E < 1. 5 kV/mm, die polarisasie die materiaal net maklik na 180°-domeinoriëntasie in die rigting van die eksterne elektriese veld kan laat draai, dus is die d33-waarde laer en die toename stadiger; wanneer E > 1. 5 kV , is die eksterne elektriese veld groter as die dwingende elektriese veld van die materiaal, sodat die 90°-domein wat moeilik is om die materiaal te draai.wat neig na die rigting van die eksterne elektriese veld, sodat die d33 vinnig toeneem; gaan voort om die eksterne elektriese veldsterkte te verhoog ,wanneer E > 2. 0 kV/ By mm is die piëso-elektriese domeindraai in die materiaal amper voltooi, so die verhoging van d33 is geneig om stadig te wees. Maar wanneer E 'n sekere waarde (E > 2. 5 kV/mm) bereik, kry die vrye elektrone in die piëzo-keramiek meer energie in die elektriese veld as die verlore energie. Volgens die ionisasiebotsingsteorie kan die vrye elektrone na elke botsing wees. Akkumulerende energie veroorsaak dat die temperatuur van die keramiekplaat voortdurend styg, die piëso-elektriese werkverrigting word voortdurend verswak, en uiteindelik vind termiese ineenstorting plaas. Verder, wanneer die toegepaste elektriese veld voldoende hoog is, as gevolg van die tonnel-effek van kwantummeganika, kan die verbode bandelektrone die geleidingsband binnegaan, en onder die werking van die sterk veld word die vrye elektrone versnel, wat veroorsaak dat die elektrone bots en ioniseer. Op hierdie tydstip, as gevolg van die verhoging van die stroom, styg die plaaslike temperatuur van die piëzo-kristal, wat veroorsaak dat die piëzo-kristal gedeeltelik smelt en sy struktuur vernietig, sodat die eienskappe van die piëzo-keramiek gedegradeer word, en uiteindelik afbreek plaasvind.

Effek van polarisasietemperatuur op piëso-elektriese eienskappe

Onder die toestand van E = 2. 0 kV/mm en t = 15 min, word T verander om die piëso-elektriese keramiek te polariseer. Die variasie van d33 en d33 begin vinniger toeneem. Nadat die temperatuur 130 °C bereik het, het die waarde van d33 basies onveranderd gebly. Dit is omdat by laer temperature, soos die temperatuur toeneem, die piëzo-kristal-asverhouding kleiner word, die domeinaktiwiteit neem toe, en die interne spanning wat veroorsaak word deur die 90°-stuur van die domeine word kleiner, dit wil sê, die domeinstuur word beïnvloed. Die weerstand is klein, en die domeine is maklik georiënteer, so polarisasie is makliker om uit te voer. Wanneer T 130 °C bereik, word die meeste van die piëso-elektriese domeine gedraai en die stuur is versadig, so die waarde van d33 verander nie.

Polarisasietoestande het 'n groot invloed op die werkverrigting van piëso-elektriese keramiek, en die polarisasie-elektriese veld is die hooffaktor in die polarisasietoestande. Teoreties, wanneer die toegepaste elektriese veld die dwingende veldsterkte oorskry, moet die meeste van die domeine gedraai en gepolariseer word herrangskik en ten volle gepolariseer, maar onder so 'n elektriese veld, selfs al is dit vir 'n lang tyd gepolariseer, kan dit nie verkry word nie. Beter piëso-elektriese eienskappe. Om die piëso-elektriese eienskappe van die materiaal ten volle uitgeoefen te maak, moet die elektriese veld by die versadigingsveldsterkte gevoeg word, wat 3 tot 4 keer dwangveldsterkte is. Daarom is die dwingende elektriese veld die onderste limiet van die elektriese veld wat tydens polarisasie gekies is, en die versadigingsveldsterkte Dit kan in ag geneem word dat die boonste limiet van die veldsterkte gekies word ten tyde van polarisasie, en as die versadigingsveldsterkte oorskry word, word die afbreek maklik gevind. Na omvattende oorweging word die optimale polarisasieprosesparameters van die 6. 5 MHz piëso-elektriese keramiekfilter bepaal: die polarisasie elektriese veldsterkte is 2. 2 kV/mm, en die polarisasietemperatuur is 130 °C. Op grond hiervan word die paal bepaal. Die tyd is 15 min. Die eksperimentele resultate toon dat wanneer die polarisasietyd 15 min oorskry, die effek op die piëso-elektriese werkverrigting nie duidelik is nie. Daar is ook in die eksperiment gevind dat die gebruik van lae-temperatuur geleidende pasta silwer pasta in plaas van die algemeen gebruikte hoë temperatuur silwer pasta in die silwer-sinterproses die piëso-elektriese en meganiese eienskappe van die keramiekplaat tot 'n sekere mate kan verbeter, maar die bindingssterkte is laer en die koste is hoër. Hoog en ongeskik vir industriële produksie. In die eksperiment van die bakproses is gevind dat die piëzo-keramiekplaat 'n temperatuur van meer as 1 250 ° C het en 'n houtyd van meer as 2 uur was geneig tot afbreek tydens polarisasie, wat lei tot 'n toename in krake. Dit is omdat hoe hoër die vuurtemperatuur en hoe langer die houtyd is, hoe erger kristallisasie vind plaas, sodat kleiner korrels groot korrels word, wat gewoonlik lei tot 'n toename van keramiekporositeit en 'n afname in keramiekdigtheid. Dit verminder die meganiese sterkte en diëlektriese konstante, en verminder terselfdertyd die meganiese kwaliteitsfaktor van die piëzo-keramiek.

 Wanneer die oorhandiging aankom, word die oorhandiging geverifieer. Indien dit suksesvol is, word die hulpbronne wat in die voorbereidingsfase toegewys is, aan die protokoltoegangsmodule oorhandig en 'n oproep word na die kontrole geïnisieer. Op hierdie tydstip beskou die oproepbeheer die oproep as 'n normale terminale oproep. Wanneer die protokoltoegangsmodule aan die HOM rapporteer dat die terminale werklik toegang tot die boodskap gekry het, kan die skakelaar as in 'n stabiele toestand beskou word. Indien die terminaal wat ingeskakel word ander oorhandigings vereis, soos interne oorhandiging of daaropvolgende oorhandiging, kan dit volgens die HO-funksiebeskrywing voltooi word. Dit moet daarop gewys word dat die omgeskakelde OT-punte niks te doen het met die OT-punte van die oproep nie. Die T-kant en die O-kant van die oproep kan die geskakelde O-kant of die geskakelde T-kant wees. Na navorsing oor GSM- en UMTS-oorhandiging, as daar GSM- en UMTS-oorhandigings in die mobiele sagteskakelaar is, is daar baie ooreenkomste tussen die seinproses en die mediabeheer, veral die oorhandigingsboodskappe van BSSAP en RANAP. In die ontwerpproses van die staatsmasjien word dit oorweeg om die samesmelting van die twee protokolle te implementeer, en uiteindelik die skema van skeidingsimplementering aan te neem. Die seinproses van 'n enkele protokol in oorhandiging is nie ingewikkeld nie, en die kompleksiteit van oorhandiging kom hoofsaaklik van die samewerking van protokolle op verskeie verskillende koppelvlakke. Die samesmelting van die oorhandigingsverwante boodskappe in die twee protokolle van die Base Station Subsystem Application Part (BSSAP) en die Radio Access Network Application Part (RANAP) kan nie grootliks vereenvoudig word vir die ontwerp van die oorhandigingsstaatmasjien nie, en sal ook vir BSSAP wees. Die ontwerp wat by die RANAP-protokol aangepas is, voeg kompleksiteit by. Daarbenewens sal die samesmelting lei tot oortolligheid van boodskappe en parameters of verlies aan funksionaliteit.