П'езаэлектрычны керамічны механічны каэфіцыент якасці Qm і яго тэмпературная стабільнасць

Механічны каэфіцыент добрасці Qm характарызуе энергію, затрачаную п'езаэлектрычным целам на пераадоленне ўнутранага трэння падчас рэзанансу. Ён вызначаецца як: Qm = 2π. Механічная энергія, якая захоўваецца ў вібратары падчас рэзанансу, рэзаніруе з энергіяй механічных страт вібратара за тыдзень. Значэнне каэфіцыента Qm адлюстроўвае механічныя страты п'езаэлектрычнага матэрыялу. Чым меншыя механічныя страты, тым большае значэнне Qm. Пры разліку значэння Qm матэрыялу выкарыстоўваецца наступная прыблізная формула для эквівалентнай схемы п'езаэлектрычнага вібратара:
Qm = 1/ 4π( C0 + C1) R1Δf,

Дзе C0 - статычная ёмістасць п'езакерамічны крышталічны кварцавы стрыжань , R1 - эквівалентнае супраціўленне рэзанансу вібратара, C1 - дынамічная ёмістасць вібратара, а Δf - розніца паміж рэзананснай частатой fr вібратара і антырэзананснай частатой fa. Як правіла, выкарыстоўваецца метад лініі перадачы. Атрымліваюцца Δf, R1 і г.д., а потым разлічваецца Qm. З тэрмадынамічнай функцыі свабоднай энергіі абмяркоўваецца фізічная крыніца значэння Qm і выводзіцца формула: а значэнне Q-1m эксперыментальна пацвярджаецца, што яно прапарцыйнае дыэлектрычным стратам. Акрамя таго, у эксперыменце на аснове гэтага значэнне Qm колькасна выяўляецца як функцыя колькасці прасторавага зарада і аб'ёмнага ўдзельнага супраціўлення, і атрымліваецца эмпірычная формула: Qm = (800 lgρ - 7 500) { ( Ps - Pi) / Ps - 0,2} + 250. Дзе ρ - аб'ёмны ўдзельны супраціў матэрыялу, Ps - палярызацыя насычэння і Pi - гэта значэнне палярызацыі, вызначанае на пятлі гістарэзісу, атрыманай адразу пасля прымянення пераменнага электрычнага поля, ( Ps - Pi) / Ps - эквівалент і колькасць прасторавага зарада. Калі ( Ps - Pi) / Ps ≥0. 2, ρ ≥109Ω·см, гэта добра супадае з эксперыментальнымі вынікамі. Як тэарэтычна, так і эксперыментальна сутнасць і характарыстыка Qm былі праведзены. Паглыбленае абмеркаванне. Гэта дапамагае нам далей вывучаць памер Qm і яго тэмпературную стабільнасць.

Вымярэнне для паляпшэння значэння Qm і тэмпературнай стабільнасці

Мадыфікацыя допінгу
У дадатак да змены суадносін двайковых, трайных і чацвярцічных сістэм, значэнне Qm П'езакерамічны дыск PZT можа быць у некаторай ступені палепшаны, а легіраванне асноўнага кампанента матэрыялу можа яшчэ больш палепшыць уласцівасці матэрыялу, уключаючы велічыню і тэмпературную стабільнасць значэння Qm. Пры вывучэнні п'езаэлектрычных уласцівасцей цвёрдых матэрыялаў PZT шляхам легіравання марганцам было выяўлена, што Mn можа рэгуляваць значэнне Qm з-за змены валентнасці Mn. Акрамя таго, у чацвярцічнай сістэме Pb ( Mg1/ 3Nb2/ 3) (Mn1/ 3Nb2/ 3) п'езаэлектрычны матэрыял TiZrO3 легаваны пэўнай колькасцю CeO2, і максімальнае адноснае адхіленне Qm можа быць атрымана ў дыяпазоне -20-55 °C (адносна значэння Qm пры 25 °C) | δ( Qm) m | зніжаецца з 42 % да 33 %; максімальнае адноснае зрушэнне пэўнай фармулёўкі амаль не змяняецца, калі Sr легаваны. Легіраванне Pb (Mn1/ 3Sb2/ 3) O3 матэрыялаў Sn паляпшае нізкатэмпературную стабільнасць Qm. Ёсць два аргументы на карысць допінгу, якія тлумачаць тэмпературную стабільнасць Qm. Кажуць, што пагаршэнне электрычных уласцівасцяў п'езаэлектрычных матэрыялаў часта адбываецца з-за мікротрэшчыны ўнутры матэрыялу. Выклікаецца ростам. Пасля легіравання, якое ўваходзіць у крышталічную рашотку, ствараецца ўнутранае напружанне сціску, якое ў некаторай ступені стрымлівае рост мікротрэшчыны. Каб пазбегнуць павелічэння рэзананснага супраціву матэрыялу і забяспечыць тэмпературную стабільнасць Qm. Іншы спосаб сказаць, што структура матэрыялу для змены допінгу ўключае ў сябе памер зерня, гранічны стан зерня, пастаянную рашоткі, шчыльнасць і г.д., што прыводзіць да макраскапічным фізічным уласцівасцям. тым самым паляпшаючы змяненне тэмпературы значэння Qm. Звычайна дадаюць цвёрдыя дабаўкі, такія як Eu, Yb, Al2O3, MgO і інш., каб павялічыць значэнне Qm; у той час як даданне мяккіх дадаткаў, такіх як Nb2O5, La2O3, Ta2O5 і г.д., знізіць значэнне Qm, і тэмпературная стабільнасць значэння Qm лепш, чым жорсткі допінг.

Аптымізацыя працэсу
Працэс падрыхтоўкі п'езакерамічных матэрыялаў, асабліва падрыхтоўка, абпал, спяканне і штучная палярызацыя парашкоў, непасрэдна ўплывае на шчыльнасць, памер збожжа і п'езаэлектрычныя ўласцівасці ўзораў. У цяперашні час тэмпературная стабільнасць Qm паляпшаецца ў працэсе падрыхтоўкі. Ёсць пэўныя складанасці, але памер Qm карэктуецца з працэсу падрыхтоўкі. Было задзейнічана шмат даследчыкаў. Напрыклад, кераміка Pb (Mn1/ 3Nb2 / 3) TiZrO3, дапаваная іёнамі Cr3 +, вельмі адчувальная да тэмпературы спякання. Пры павышэнні тэмпературы спякання п'езаэлектрычныя ўласцівасці ўзмацняюцца. Такім чынам, значэннем Qm можна гнутка кіраваць, змяняючы тэмпературу спякання. Kawasaki параўноўвае допінг са звычайным парашком пры дапамозе тэрмічнага ўпырску. Абмяркоўваецца, што некаторыя іёны прымешак, такія як Fe3 +, будуць павялічваць значэнне Qm метадам цеплавой ін'екцыі, а некаторыя іёны, такія як Cr3 +, зніжаюць значэнне Qm. Працэс аптымізаваны для падрыхтоўкі керамічнага матэрыялу з выдатнай прадукцыйнасцю, якая заключаецца ў рэгуляванні значэння Qm.

Тэарэтычна вывучаюцца матэрыяльныя суадносіны і мадыфікацыя допінгу. На практыцы паляпшэнне працэсу заключаецца ў рэгуляванні значэння Qm п'езаэлектрычнага керамічнага матэрыялу і паляпшэнні тэмпературнай стабільнасці, так што п'езаэлектрычны керамічны матэрыял можна атрымаць больш шырока. Эфектыўны спосаб прымянення.