Language
Прагляды: 2 Аўтар: Рэдактар сайта Час публікацыі: 2020-03-16 Паходжанне: Сайт
П'езаэлектрычныя керамічныя мікрапрывады - гэта цвёрдацельныя прывады новага тыпу, вырабленыя з выкарыстаннем зваротнага п'езаэлектрычнага эфекту. Яны шырока выкарыстоўваюцца ў галінах высокіх тэхналогій, такіх як дакладная оптыка, мікрамеханіка, мікраэлектроніка і камп'ютэрныя праграмы. Гэтыя прыкладанні патрабуюць, каб п'езаэлектрычныя керамічныя прылады былі невялікімі, нізкім рухаючым напружаннем, вялікім аб'ёмам і інтэграцыяй. Раней на шматслойныя п'езаэлектрычныя керамічныя мікрапрывады, створаныя шляхам склейвання п'езаэлектрычнай керамікі клеем, уплывала таўшчыня адной керамічнай дыяфрагмы. Абмежаванне (Даволі складана зрабіць керамічны маналіт таўшчынёй 200 мкм або менш), прылада не можа быць мініяцюрызавана і інтэгравана, а клей у прыладзе, таму што прылада генеруе вялікую паўзучасць пад дзеяннем электрычнага поля, што не спрыяе дакладнасці кантролю зрушэння, асабліва прылада пад дзеяннем моцнага электрычнага поля на працягу доўгага часу, клей лёгка адваліцца ад п'езакальцавой зварачны ліст кампанентаў, што прыводзіць да пагаршэння прадукцыйнасці прылады і нават да з'явы разлому прылады, што скарачае тэрмін службы прылады, прыносячы вялікую карысць прымяненню. У апошнія гады шматслаёвая п'езаэлектрычная кераміка з чыпамі, атрыманая з выкарыстаннем працэсу ліцця п'езакерамікі ў сырам выглядзе і тэхналогіі сумеснага абпальвання зялёнай плёнкі з адліванай п'езакерамікі і керамічнага мікрапрывада з унутраным электродам (MMPA), з'яўляецца новым тыпам функцыянальнай керамічнай прылады з выдатнымі характарыстыкамі, прыдатнымі для буйнамаштабнай вытворчасці. Гэта прылада з шматслойным чыпам дазваляе лёгка вырабляць плёнку таўшчынёй менш за 100 мкм дзякуючы працэсу ліцця. Пасля абпалу пласты п'езакерамікі непасрэдна злучаюцца з унутраным электродам без неабходнасці склейвання клеем. Такім чынам, прылада можа быць мініяцюрызавана і мініяцюрызавана, характарыстыкі паўзучасці прылады таксама значна палепшаны, а з'ява напластавання паміж керамічнымі пластамі значна палепшана. Ён эфектыўна пераадольваецца, што значна павялічвае тэрмін службы прылады. У гэтым артыкуле паведамляецца пра тып шматслойнага чыпа і высокі ціск свінцу ў сістэме PZT, зробленыя з выкарыстаннем тэхналогіі керамічнага ліцця і тэхналогіі сумеснага абпальвання керамічнай зялёнай плёнкі / металічнага ўнутранага электрода. Гэта першы раз для электрычнага керамічнага мікрапрывада ў гэтай краіне. У гэтым артыкуле ў асноўным вывучаюцца статычныя і дынамічныя характарыстыкі перамяшчэння гэтай прылады.
Працэс падрыхтоўкі шматслойнага п'езаэлектрычнага керамічнага мікрапрывада з чыпам павінен складацца з 10 асноўных этапаў працэсу: спачатку з дапамогай электроннага працэсу падрыхтоўкі п'езакерамікі рыхтуецца парашок мяккай трохкомпонентнай п'езаэлектрычнай керамікі PZT з вялікім каэфіцыентам п'езаэлектрычнай дэфармацыі. Малекулярная формула xPb(Zn1/3Nb2/3)O3+yPbZrO3+zPbTiO3,(PZN-PZ-PT), (x+y+z=1),
Затым керамічны парашок pzt і арганічную дабаўку раўнамерна змешваюць у пэўным суадносінах цвёрдае рэчыва / вадкасць для атрымання аднастайнай керамічнай суспензіі, і керамічную суспензію адліваюць у бункер на ліцейнай машыне для ліцця. І арганічны носьбіт паскарае падрыхтоўку аднастайнай, шчыльнай, адліванай зялёнай плёнкі пэўнай таўшчыні. Адліваная зялёная плёнка прабіваецца ў керамічную зялёную плёнку pzt пэўнай формы, а ўзор з узорам - электродная паста, а затым керамічная зялёная плёнка, надрукаваная электродамі, змяшчаецца ў спецыяльную форму і ламінуецца ў пэўным парадку для атрымання шматслаёвай п'езакерамікі. Пасля разразання шматслойнага корпуса некалькіх шматслойных керамічных прылад у адпаведнасці з памерам актыўнай вобласці прылады пакладзеце іх у тыгель з чыстым Al2O3 і павольна спакуйце разам. Два канцы прылады шматслойнага чыпа пакрытыя знешнімі электродамі Ag, абпаленым срэбрам 650 C, палярызацыя пры высокай тэмпературы (час палярызацыі 30 хвілін, электрычнае поле 4000 В / мм, тэмпература 140 C). Канвекцыйная тоўстая плёнка і высокатэмпературны ўнутраны электрод, і, нарэшце, атрыманы шматслаёвы чып з п'езаэлектрычным керамічным мікрапрывадам з актыўнай плошчай 5 мм × 6 мм і агульнай таўшчынёй 2 мм (пласт п'езаэлектрычнай керамікі складаецца з 35 слаёў, кожны пласт мае таўшчыню 47 мкм, а верхні і ніжні пласты паверхні маюць таўшчыню каля 120 мкм).
Каэфіцыент п'езаэлектрычнай дэфармацыі d33 П'езакерамічныя кампаненты былі вымераны Інстытутам акустыкі Акадэміі навук Кітая. Мікраструктуру шматслойнага прылады назіралі з дапамогай сканіруючага электроннага мікраскопа (SEM), вырабленага Заводам прыбораў Кітайскай акадэміі навук. Значэнне перамяшчэння электрычнага керамічнага мікрапрывада правяраецца вырабленым тэстарам індуктыўнасці з лічбавым дысплеем DGS-6. Дазвол 0,01 мкм. Дынамічнае зрушэнне выпрабоўваецца адным лазерным прамянём па прынцыпе эфекту Допеля. Дазвол складае 0,005 мкм.
Бо п'езаэлектрычная кераміка падвяргаецца пастаяннай знешняй нагрузцы, калі напружанне прыкладваецца да дзвюх паверхняў, перпендыкулярных кірунку яе таўшчыні (кірунку палярызацыі), і, улічваючы толькі п'езаэлектрычную дэфармацыю да лінейнай дэфармацыі, з п'езаэлектрычнага ўраўнення можна даведацца, што ціск. Выражаецца зрушэнне Δll электрычнай керамікі ў падоўжным кірунку таўшчыні.
Дзе d33 - каэфіцыент п'езаэлектрычнай дэфармацыі, V - прыкладзенае напружанне, t - таўшчыня керамічнага маналіту. Раўнанне паказвае, што калі прыкладзенае напружанне - гэта колькасць змяненняў, зрушэнне п'езаэлектрычнага ліста ў кірунку таўшчыні і п'езаэлектрыка. Каэфіцыент дэфармацыі d33 прапарцыянальны прыкладзенаму напрузе V і не мае нічога агульнага з таўшчынёй; аднак, калі прыкладзенае электрычнае поле змяняецца, зрушэнне, якое ствараецца прыладай, не толькі прапарцыйна каэфіцыенту п'езаэлектрычнасці d33 і электрычнаму полю, але і прапарцыйна таўшчыні. Гэта прапарцыйна. Відаць, што зрушэнне п'езаэлектрычнай керамікі ў напрамку таўшчыні звязана з рэжымам працы прывада перамяшчэння, абранага п'езаэлектрычнай керамікай. Пры ўжыванні варта адначасова ўлічваць два фактары прыкладзенага напружання і электрычнага поля. Прымяненне ва ўмовах блізкага да прабоя электрычнага поля; у той жа час працоўнае напружанне павінна быць як мага ніжэй, а зрушэнне - як мага больш.
Для прылады з пэўным прыкладзеным напругай памяншэнне таўшчыні керамічнага ліста можа дасягнуць мэты памяншэння памеру прылады ў напрамку таўшчыні. Такім чынам, калі шматслаёвы п'езакерамічны ліст механічна злучаны паслядоўна, электрычна злучаны паралельна, і п'езакерамічны пласт разам, кірунак палярызацыі суседняга п'езакерамічнага пераўтваральніка прымае адваротную структуру. Такім чынам, калі шматслаёвы п'езаэлектрычны керамічны мікрадрайвер прымяняецца з працоўным напругай, яго падоўжнае зрушэнне накладваецца, што можа быць выяўлена.
Дзе N - гэта колькасць п'езакерамічных ламінатаў, гэта значыць зрушэнне шматслаёвага п'езаэлектрычнага керамічнага мікрапрывада павялічваецца ў N разоў у параўнанні з адным кавалкам п'езаэлектрычнай керамікі. Аднак, калі зрушэнне заснавана на электрычным полі, прыкладзеным кожным п'езаэлектрычным керамічным лістом, калі колькасць змены роўная, можна выказаць ураўненне (2).
Дзе t - таўшчыня кожнага пласта п'езаэлектрычнай керамікі, а l - агульная таўшчыня шматслойнага прылады. Параўноўваючы выразы ўраўненняў (3) і (1), можна знайсці, што калі - агульная таўшчыня шматслойнага прылады. Калі таўшчыня t аднолькавая, абодва ўраўненні аднолькавыя, што паказвае на тое, што, калі напружанасць электрычнага поля, прыкладзенага кожнай п'езаэлектрычнай керамічнай часткай шматслойнай прылады, такая ж, як і ў адной п'езаэлектрычнай керамікі, велічыня зрушэння абодвух роўная. Прыкладзенае напружанне ў N разоў ніжэй, чым у маналітнай п'езаэлектрычнай керамікі.
З прыведзенага вышэй аналізу відаць, што хоць маналітная п'езаэлектрычная кераміка можа таксама дасягаць зрушэння ў мікронным маштабе за кошт павелічэння таўшчыні плёнкі, прыкладзенае працоўнае напружанне павінна складаць тысячы вольт, што не спрыяе прымяненню. Што тычыцца колькасці змены, ён мае дзве розныя функцыі ўзмацнення колькасці зрушэння і зніжэння працоўнага напружання. Асабліва калі шматслаёвая прылада падтрымлівае пастаяннае электрычнае поле, агульную таўшчыню можна павялічыць за кошт павелічэння колькасці слаёў прылады. Таму практычна ўжываецца. Калі шматслойныя прылады маюць не толькі павялічаны аб'ём, але і могуць эфектыўна зніжаць працоўнае напружанне.
агульная таўшчыня складае 2 мм (пласт п'езаэлектрычнай керамікі складаецца з 35 слаёў, кожны пласт мае таўшчыню 47 мкм, а верхні і ніжні павярхоўныя пласты маюць таўшчыню каля 120 мкм), які падрыхтаваны працэсам ліцця керамічнай пустой плёнкі і тэхналогіяй сумеснага абпальвання керамічнага / металічнага ўнутранага электрода. Белыя паралельныя палосы на малюнку - гэта металічныя ўнутраныя электроды са пластамі керамікі PZT паміж унутранымі электродамі. У ім можна назіраць мноства пор памерам у некалькі мікрон пьезокерамическое кольца . Гэта звязана з керамічным ліццём. Арганічныя матэрыялы, такія як звязальныя рэчывы і пластыфікатары, займаюць пэўную долю ў зялёнай плёнцы. Калі кераміка / унутраныя электроды падвяргаюцца сумеснаму абпальванню, выпарванне арганічных матэрыялаў у гэтых плёнках выклікае шмат вялікіх пор у керамічным пласце pzt. Аднак гэтыя пары ў серыі PZT. Электрамеханічныя характарыстыкі пласта керамікі pzt сур'ёзна не ўплываюць у адліваным керамічным лісце. Гэты вынік у асноўным адпавядае электрамеханічным каэфіцыентам цвёрдай п'езаэлектрычнай керамікі PBNN, прыгатаванай метадам ліцця. Такім чынам, можна лічыць, што электрамеханічныя параметры п'езакерамікі, атрыманай метадам ліцця, у асноўным такія ж, як і керамічнага ліста метадам сухога прэсавання.
