عملية تحويل محول السيراميك الكهرضغطية

إنتاج وأبحاث المواد الخزفية الكهروضغطية للمحولات الكهروضغطية عالية الطاقة في البحث عن المواد الخزفية الكهروضغطية، فإن الأبحاث الصينية متخلفة نسبيًا. وفقًا للإحصاءات، في السنوات الست من 1997 إلى 2002، من بين أكثر من 60 براءة اختراع منشورة في الصين للسيراميك الكهرضغطي وتطبيقاته، كان هناك حوالي 50 طلبًا، منها ما يقرب من 80 منها فقط. هناك مادتان في كوريا، وهناك 4 عناصر فقط في الصين، منها واحد فقط من المتوقع أن يتم تطبيقه على المحولات الكهرضغطية. في السنوات الأخيرة، على الرغم من عدم قيام أي شركة أجنبية أخرى بتقديم براءات اختراع بشأن البحث وتطبيق المواد الخزفية الكهرضغطية في الصين، إلا أنه يمكن استخدامها لتصنيع السيراميك الكهرضغطي القائم على PZT لمحولات السيراميك الكهرضغطية عالية الطاقة. يمكن استخدامه لتصنيع المحولات الكهرضغطية بقدرة خرج تزيد عن 30 وات. وقد تم تطبيقه بنجاح على مصابيح الفلورسنت للاستخدام اليومي. تم أيضًا تطبيق Pz24 القائم على PZT من Ferroperm بنجاح على محولات الطاقة عالية الطاقة. على الرغم من أن بعض معاهد البحوث في بلدنا قد استخدمت مواد كهرضغطية تعتمد على مواد NEC لإعداد محولات كهرضغطية بقدرة إنتاج أقل من منخفضة (لكن وضع أبحاث وتطبيقات السيراميك الكهرضغطية لا يزال غير متفائل.

نظرًا لأن المحولات الخزفية الكهرضغطية متعددة الطبقات يسهل تحقيق التصغير وإنتاج الطاقة العالية، فغالبًا ما يعتمد بعض الباحثين في الداخل والخارج الهيكل متعدد الطبقات في أبحاث المحولات الكهرضغطية. يمكن اعتبار أبسط هيكل محول سيراميك كهرضغطية متعدد الطبقات من نوع روزن بمثابة عملية مركبة ومبسطة في اتجاه السُمك من خلال مجموعة من محولات السيراميك الكهرضغطية من نوع روزن أحادية القطعة. نهاية الإدخال مغلفة بالتناوب ويتم إطلاقها بواسطة أ قرص خزفي كهرضغطي ومادة قطب كهربائي، الأمر الذي ينطوي حتماً على مشكلة إطلاق نار مشترك بين مادة السيراميك الضغطي ومادة القطب الكهربي. في الوقت الحاضر، تواجه العديد من المواد الخزفية الانضغاطية PZT للمحولات الكهروضغطية مشكلة ارتفاع درجة الحرارة بشكل مفرط (> 11000 درجة مئوية) في إنتاج محولات السيراميك الكهرضغطية متعددة الطبقات، فمن الضروري استخدام نسبة أعلى من مواد الأقطاب الكهربائية التي تحتوي على معادن ثمينة. في إنتاج المحولات الكهرضغطية، تبلغ تكلفة المواد الكهربائية حوالي 2/3 من التكلفة الإجمالية. لذلك، من أجل تقليل تكلفة الإنتاج، تعد المادة الكهروضغطية للمحول الكهروضغطي أمرًا ضروريًا، لكن الأداء المضاد للأكسدة للمعدن الأساسي تحت درجة حرارة عالية يكون سيئًا للغاية. نظرًا لبساطة العملية واقتصادها، فإن معظم الشركات المصنعة للأجهزة الكهرضغطية في الصين تستخدم حاليًا تلبيد الغلاف الجوي المؤكسد أثناء الإنتاج. عندما تكون درجة حرارة التلبيد أعلى من 1100 درجة مئوية، يتأكسد المعدن الأساسي مثل Ni بسهولة، مما يزيد من مقاومة التلامس بين القطب والمواد الخزفية وله تأثير سلبي كبير على الجهاز. في الوضع الحالي، هناك طريقتان لـ 'معدنة الروثينيوم' لأقطاب الأجهزة الكهرضغطية: أولاً، بشرط عدم تأثر أداء الجهاز، يتم تقليل درجة حرارة تلبد مادة السيراميك الانضغاطي المستخدمة بشكل مناسب، وبالتالي تقليل التيار المحلي. يتم استخدام كمية السيراميك الانضغاطي المعدني الثمين في مادة القطب الكهربائي الفضي على نطاق واسع؛ والثاني هو 'معدنة الروثينيوم' الشاملة المعتمدة، والتي يتم تلبيدها في جو مختزل. إن تحقيق الطريقة الثانية لإنتاج سيراميك بيزو الإلكتروني الحالي في الصين، يمثل صعوبة كبيرة جدًا. نظرًا لأن معظم مصانع إنتاج السيراميك الإلكترونية الحالية في الصين، يتم استخدام جو مؤكسد للفرن من النوع المتدرج. إن تحقيق التلبيد الاختزالي يعني استبدالًا كبيرًا للمعدات الأصلية، وهو أمر لا يطاق بشكل واضح بالنسبة لإنتاج سيراميك الضغط الإلكتروني في الصين، والذي بدأ متأخرًا. ولذلك، فإن تحقيق حرق منخفض الدرجة هو أحد اتجاهات البحث لمواد المحولات الكهروضغطية عالية الطاقة. مثل هذا الأداء للمواد الخالية من الرصاص الموجودة ليس مرضيًا. على الرغم من أنه في مجال الأبحاث الكهرضغطية، فإن استخدام المواد الخالية من الرصاص لتحل محل مواد PT أو PZT الحالية هو الاتجاه المستقبلي، ومن الصعب تحقيقه على المدى القصير بسبب الظروف العلمية والتكنولوجية الحالية. وفي الوقت نفسه، فإن Qm وKp لمواد PZT النقية هما زوجان من العوامل المقيدة للطرفين، أحدهما مرتفع والآخر يجب أن يكون منخفضًا. لذلك، في مجال البحث للمواد الكهروضغطية عالية الطاقة، تتركز عيون الباحثين في الغالب على مانات اللانثانم الرصاص (PMS)، ونيمانات الرصاص (PMN)، ونيوبات الزنك الرصاص (PZN) والمكونات الأخرى وPZT. البحث في الأنظمة الثلاثية أو الرباعية أو متعددة المتغيرات. من الأمثلة المذكورة أعلاه، يمكن ملاحظة أن السيراميك الكهروضغطي عالي الطاقة له الخصائص التالية من حيث التركيب: المكونات الرئيسية للسيراميك الكهرضغطي عالي الطاقة هي بشكل أساسي PZT، ونسبة Zr/Ti قريبة من حدود شبه الطور المتجانس. ويرجع ذلك أساسًا إلى وجود حدود شبه متجانسة بين المركب الكهروضوئي المريح والبيزو PZT. نظرًا لوجود حدود الطور شبه المتجانسة، هناك مساحة تعديل كبيرة لاختيار وتصميم تركيبة المواد والأداء. تظهر نتائج البحث الجديد حول حدود الطور شبه المتجانس أيضًا أن C20-221: يوجد طور متعلق بالعازل الكهربائي الشفاف أحادي الميل عند حدود شبه الطور المتماثل، ويمكن أن يكون المحور القطبي للطور الكهروضوئي أحادي الميل بينهما. في أي اتجاه، بحيث يكون انحراف المجال أثناء الاستقطاب أسهل في مادة التركيب القريبة من حدود شبه الطور المتجانس، وتكون الخواص الكهرضغطية للمادة القريبة من حدود شبه الطور الأمثل. نظرًا لأن درجة حرارة كوري للكهرباء الحديدية المسترخية منخفضة نسبيًا، مثل: Pb (Z n, /3Nb2/3)، فإن Tc = 1400C، لذا من أجل ضمان أن المادة لديها درجة حرارة Tc أعلى، يكون محتوى PZT في هذه الأنظمة أعلى.

من خلال التحليل أعلاه، تتوفر المبادئ التالية لاختيار وتصميم المواد لمحولات السيراميك الكهرضغطية عالية الطاقة: