Даследаванне працэсу палярызацыі п'езаэлектрычнай керамікі PZT

П'езаэлектрычны крышталічны пераўтваральнік шырока выкарыстоўваецца ў галіне электронікі, святла, цяпла і акустыкі і стаў важным функцыянальным матэрыялам у абароннай прамысловасці, грамадзянскай прамысловасці і паўсядзённым жыцці. Яны з'яўляюцца адным з асноўных напрамкаў даследаванняў сучасных функцыянальных матэрыялаў. У цяперашні час найбольш часта выкарыстоўванай п'езаэлектрычнай керамікай па-ранейшаму з'яўляецца цырканат-тытанат свінцу (PZT) і яго трох- або чацвярцічная кераміка. Працэс палярызацыі з'яўляецца ключавым працэсам у вытворчасці п'езаэлектрычных керамічных прылад. Працэс палярызацыі - працэс руху і развіцця даменных структур у п'езаэлектрычнай кераміцы. П'езаэлектрычная кераміка з'яўляецца ізатропнай целам да штучнай палярызацыі і не праяўляе п'езаэлектрычнага эфекту звонку; пасля палярызацыі яны становяцца анізатропнымі целамі з-за рэшткавай палярызацыі, такім чынам, аказваючы п'езаэлектрычны эфект. Дыэлектрычныя і пругкія ўласцівасці палярызаванай п'езаэлектрычнай керамікі звязаны са ступенню палярызацыі. Для таго, каб зрабіць п'езаэлектрычную кераміку высокай ступенню палярызацыі і цалкам раскрыць яе патэнцыйныя п'езаэлектрычныя ўласцівасці, неабходна прыняць аптымальныя ўмовы палярызацыі, гэта значыць выбраць адпаведную напружанасць электрычнага поля (E) і тэмпературу палярызацыі (T). І час палярызацыі (t). Тры ўмовы працэсу палярызацыі ўзаемазвязаны. Калі палярызацыйнае электрычнае поле слабое, гэта можна кампенсаваць павышэннем тэмпературы і падаўжэннем часу палярызацыі; калі электрычнае поле моцнае і тэмпература высокая, час палярызацыі можа быць скарочаны. Аднак тры ўмовы палярызацыі цесна звязаны са складам п'езаэлектрычнай керамікі. Для п'езаэлектрычных керамічных матэрыялаў PZT каэрцытыўнае электрычнае поле зніжана. Традыцыйны метад - рэгуляванне суадносін цырконія і тытана. Чым больш стаўленне цырконія да тытана, тым меншае каэрцытыўнае электрычнае поле, таму меншае палярызацыйнае электрычнае поле. Гэта павелічэнне суадносін цырконія і тытана істотна не паляпшае ўмовы працэсу палярызацыі.

У вытворчасці і навуковых даследаваннях некаторыя аксіды і злучэнні часта выкарыстоўваюцца ў якасці мікрадабавак для паляпшэння характарыстык п'езаэлектрычных керамічных матэрыялаў. Гэтыя мікрадабаўкі замяняюць пазіцыі некаторых іёнаў тытана і іёнаў цырконія ў PZT, дзякуючы чаму дамен у зернях лёгка рухаецца, што прыводзіць да значнага памяншэння каэрцытыўнага электрычнага поля, а таксама памяншае тры ўмовы палярызацыі. Лёгка палярызаваць. Пасля доўгага перыяду паўторных эксперыментаў было ўстаноўлена, што п'езаэлектрычны керамічны фільтр 6,5 МГц зроблены з мадыфікаванага PZT і мае склад Pb0. 90 Sr0. 05Mg0. 03Ba0. 02 (Zr0. 53 Ti0. 47 ) O3 +CeO2 + Пасля таго, як п'езаэлектрычны керамічны сыравіну папярэдне абпалілі, сфарміравалі, абпалілі і адпаліравалі, утварыўся круглы п'езакерамічны дыск 24 мм × 0,35 мм, і пасля таго, як круглы п'езакерамічны кавалак быў срэбраны з абодвух бакоў, яго змяшчаюць у духоўку пры 100 °C. Выпякайце больш за 10 хвілін, і зніміце плітку з срэбнага пласта. Затым сярэбраную п'езапласціну змяшчаюць у каробкавую печ і тэмпературу павышаюць да 100 °C пры пастаяннай тэмпературы 15 °C / 6 мін, а тэмпературу павышаюць на 0,5 °C. Тэмпературу павышаюць да пастаяннай тэмпературы 15 °C / 6 мін. Пры 400 °C тэмпература была павышана да 700 °C пры пастаяннай тэмпературы 20 °C / 6 хвілін. Пасля пастаяннай тэмпературы 20 хвілін тэмпературу павольна панізілі да ніжэй за 100 °C. Пасярэбраныя кавалачкі фарфору вытрымлівалі пры пакаёвай тэмпературы на 12 гадзін, змяшчалі ў ванну з сіліконавым маслам і падвяргалі палярызацыйнай апрацоўцы ў розных умовах палярызацыі. П'езаэлектрычныя ўласцівасці тангенцыйнай п'езаэлектрычнай трубкі вымяралі пасля стаяння на працягу 24 гадзін.

Уплыў палярызаванага электрычнага поля на п'езаэлектрычныя ўласцівасці

У працэсе палярызацыі палярызацыйнае электрычнае поле з'яўляецца знешняй рухаючай сілай для кіравання вобласцю. У выпадку, калі напружанасць поля насычэння матэрыялу не перавышае, чым больш E, тым большы эфект арыентацыі выраўноўвання дамена і ступені палярызацыі, чым больш поўна, тым лепш п'езаэлектрычныя характарыстыкі. Электроны, якія цяжка адхіліць або пераарыентаваць пры нізкім ціску, больш успрымальныя да адхілення або пераарыентацыі пад высокім ціскам, што робіць палярызацыю больш поўнай. Для інверсійнага дамена на 180° інверсія дамена не кіруе адваротным даменам праз бакавое перамяшчэнне сценкі яго дамена, а павялічвае вялікую палярызацыю каля электрода ўздоўж краю ўзору ўнутры інверсійнага дамена. Новы дамен, падобны на вастрыю, з напрамкам, які адпавядае напрамку электрычнага поля. Пасля зараджэння новага дамена ён прасоўваецца пад дзеяннем электрычнага поля і пранікае ва ўвесь узор. Калі электрычнае поле ўзмацняецца, пастаянна з'яўляюцца новыя дамены, і прамае развіццё распаўсюджваецца на ўвесь зваротны дамен. Нарэшце, зваротны дамен становіцца такім жа, як кірунак вонкавага электрычнага поля, і аб'ядноўваецца з суседнімі ізатропнымі даменамі, утвараючы большы аб'ём. Для дамена 90° даменная сценка можа рухацца ўбок, і крытычнае электрычнае поле, неабходнае для бакавога перамяшчэння дамена 90°, меншае, чым крытычнае электрычнае поле, неабходнае для новага ядра дамена вострай формы, але патрабуецца кіраванне даменам 90° і кірунак вонкавага электрычнага поля. Consistent патрабуе большага электрычнага поля, і развіццё яго новага дамена ў асноўным абапіраецца на знешняе электрычнае поле для падштурхоўвання бакавога руху даменнай сценкі на 90°. Пры ўмове t = 15 мін і T = 130 °C палярызацыя п'езаэлектрычнага керамічнага кавалка была зменена на E, і п'езаэлектрычная пастаянная d33 змянілася з E. Відаць, што калі E <1,5 кВ/мм, d33 павольна павялічваецца з павелічэннем E; калі E> 1,5 кВ/мм, d33 хутка ўзрастае з павелічэннем E, але калі E> 2,5 кВ/мм, d33 раптам хутка падае. Гэта адбываецца таму, што калі E <1,5 кВ/мм, палярызацыя можа толькі прымусіць матэрыял лёгка павярнуцца да арыентацыі дамена на 180° у напрамку вонкавага электрычнага поля, таму значэнне d33 ніжэйшае, а павелічэнне павольней; калі E > 1,5 кВ, знешняе электрычнае поле больш, чым каэрцытыўнае электрычнае поле матэрыялу, так што вобласць 90°, якая цяжка павярнуць material.which імкнецца да кірунку знешняга электрычнага поля, таму d33 хутка павялічваецца; працягвайце павялічваць напружанасць вонкавага электрычнага поля, калі E > 2,0 кВ/ Пры мм п'езаэлектрычны паварот у матэрыяле амаль завершаны, таму павелічэнне d33 мае тэндэнцыю павольна. Але калі E дасягае пэўнага значэння (E> 2,5 кВ/мм), свабодныя электроны ў п'езакераміцы атрымліваюць больш энергіі ў электрычным полі, чым страчаная энергія. Згодна з тэорыяй іянізацыі сутыкненняў, свабодныя электроны могуць быць пасля кожнага сутыкнення. Назапашванне энергіі выклікае бесперапынны рост тэмпературы керамічнага ліста, п'езаэлектрычныя характарыстыкі бесперапынна пагаршаюцца, і, нарэшце, адбываецца цеплавы прабой. Больш за тое, калі прыкладзенае электрычнае поле дастаткова моцнае, з-за тунэльнага эфекту квантавай механікі электроны з забароненай зоны могуць увайсці ў зону праводнасці, і пад дзеяннем моцнага поля свабодныя электроны паскараюцца, выклікаючы сутыкненне і іянізацыю электронаў. У гэты час з-за павелічэння сілы току мясцовая тэмпература п'езакрышталя павышаецца, у выніку чаго п'езакрышталь часткова расплаўляецца і разбурае сваю структуру, у выніку чаго ўласцівасці п'езакерамікі пагаршаюцца і, нарэшце, адбываецца разбурэнне.

Уплыў тэмпературы палярызацыі на п'езаэлектрычныя ўласцівасці

Пры ўмове E = 2,0 кВ/мм і t = 15 мін T змяняецца для палярызацыі п'езаэлектрычнай керамікі. Варыяцыя d33 і d33 пачынае расці хутчэй. Пасля таго, як тэмпература дасягнула 130 °C, значэнне d33 засталося ў асноўным нязменным. Гэта адбываецца таму, што пры больш нізкіх тэмпературах, калі тэмпература павялічваецца, стаўленне восі п'езакрышталя становіцца меншым, актыўнасць дамена павялічваецца, і ўнутранае напружанне, выкліканае паваротам даменаў на 90°, становіцца меншым, гэта значыць, гэта ўплывае на кіраванне даменам. Супраціў невялікі, і дамены лёгка арыентуюцца, таму палярызацыю лягчэй выканаць. Калі T дасягае 130 °C, большасць п'езаэлектрычных даменаў паварочваецца і рулявое кіраванне насычаецца, таму значэнне d33 не змяняецца.

Умовы палярызацыі аказваюць вялікі ўплыў на прадукцыйнасць п'езаэлектрычнай керамікі, і электрычнае поле палярызацыі з'яўляецца асноўным фактарам умоў палярызацыі. Тэарэтычна, калі прыкладзенае электрычнае поле перавышае напружанасць каэрцытыўнага поля, большасць даменаў трэба павярнуць і палярызаваць, пераарганізаваць і цалкам палярызаваць, але ў такім электрычным полі, нават калі яно палярызавана на працягу доўгага часу, гэта немагчыма атрымаць. Лепшыя п'езаэлектрычныя ўласцівасці. Каб п'езаэлектрычныя ўласцівасці матэрыялу праяўляліся ў поўнай меры, да напружанасці поля насычэння неабходна дадаць электрычнае поле, якое ў 3-4 разы перавышае напружанасць каэрцытыўнага поля. Такім чынам, каэрцытыўнае электрычнае поле - гэта ніжняя мяжа электрычнага поля, абранага падчас палярызацыі, і напружанасць поля насычэння. Можна лічыць, што верхняя мяжа напружанасці поля выбіраецца ў момант палярызацыі, і калі напружанасць поля насычэння перавышана, прабой лёгка знайсці. Пасля ўсебаковага разгляду вызначаны аптымальныя параметры працэсу палярызацыі п'езаэлектрычнага керамічнага фільтра 6,5 МГц: напружанасць электрычнага поля палярызацыі роўная 2,2 кВ/мм, а тэмпература палярызацыі роўная 130 °C. Зыходзячы з гэтага, вызначаецца полюс. Час 15 хвілін. Эксперыментальныя вынікі паказваюць, што калі час палярызацыі перавышае 15 хвілін, уплыў на п'езаэлектрычныя характарыстыкі не відавочны. Падчас эксперыменту таксама было выяўлена, што выкарыстанне нізкатэмпературнай токаправоднай пасты з срэбра замест звычайна выкарыстоўванай высокатэмпературнай пасты з срэбра ў працэсе спякання срэбра можа ў пэўнай ступені палепшыць п'езаэлектрычныя і механічныя ўласцівасці керамічнага ліста, але трываласць злучэння ніжэй і кошт вышэй. Высокі і непрыдатны для прамысловай вытворчасці. У эксперыменце працэсу абпалу было выяўлена, што п'езакерамічны ліст, які мае тэмпературу больш за 1250 °C і час вытрымкі больш за 2 гадзіны, схільны да разбурэння падчас палярызацыі, што прыводзіць да павелічэння расколін. Гэта тлумачыцца тым, што чым вышэй тэмпература абпалу і чым даўжэй час вытрымкі, тым мацней адбываецца крышталізацыя, у выніку чаго дробныя зярняты становяцца буйнымі, што звычайна прыводзіць да павелічэння сітаватасці керамікі і зніжэння шчыльнасці керамікі. Гэта зніжае механічную трываласць і дыэлектрычную пранікальнасць і ў той жа час зніжае механічны каэфіцыент якасці п'езакерамікі.

 Калі перадача прыбывае, перадача аўтэнтыфікуецца. У выпадку поспеху рэсурсы, выдзеленыя на этапе падрыхтоўкі, перадаюцца модулю доступу да пратакола і ініцыюецца выклік да сістэмы кіравання. У гэты час кантроль выклікаў разглядае выклік як звычайны выклік тэрмінала. Калі модуль доступу да пратакола паведамляе HOM аб тым, што тэрмінал сапраўды атрымаў доступ да паведамлення, можна лічыць, што камутатар знаходзіцца ў стабільным стане. Калі падключаны тэрмінал патрабуе іншых хэндовераў, такіх як унутраны хэндовер або наступны хэндовер, гэта можа быць выканана ў адпаведнасці з апісаннем функцыі HO. Варта адзначыць, што пераключаныя OT канцы не маюць нічога агульнага з OT канцамі выкліку. Канец T і канец O выкліку могуць быць пераключаным канцом O або пераключаным канцом T. Пасля даследавання хэндовера GSM і UMTS, калі ў мабільным праграмным камутатары ёсць хэндоверы GSM і UMTS, існуе шмат падабенства паміж працэсам перадачы сігналаў і кіраваннем носьбітам, асабліва паведамленнямі аб перадачы BSSAP і RANAP. У працэсе распрацоўкі канчатковай машыны мяркуецца рэалізаваць аб'яднанне двух пратаколаў і, нарэшце, прыняць схему рэалізацыі падзелу. Працэс перадачы сігналаў аднаго пратакола ў хэндоверы не з'яўляецца складаным, а складанасць хэндовера ў асноўным узнікае з-за ўзаемадзеяння пратаколаў на некалькіх розных інтэрфейсах. Аб'яднанне паведамленняў, звязаных з хэндоверам, у двух пратаколах прыкладной часткі падсістэмы базавай станцыі (BSSAP) і прыкладной часткі сеткі радыёдоступу (RANAP) не можа быць значна спрошчана для канструкцыі канечнага аўтамата перадачы, і гэта таксама будзе для BSSAP. Дызайн, адаптаваны да пратаколу RANAP, дадае складанасці. Акрамя таго, зліццё прывядзе да празмернасці паведамленняў і параметраў або страты функцыянальнасці.