Jak zjistit, zda je piezoelektrický keramický materiál vhodný pro ultrazvuková zařízení?

1. Dielektrická konstanta by měla být střední

Obvykle je dielektrická konstanta 10 až 1000. Pokud je dielektrická konstanta příliš velká, způsobí přímou vazbu mezi interdigitálními elektrodami; pokud je dielektrická konstanta příliš malá, impedance bude příliš velká a nebude snadné ji sladit. Spojení mezi obvodem a zařízením. Mezi jednosložkovou piezoelektrickou keramikou, kromě BaTiO3, která má dielektrickou konstantu 1700, je systém PbTiO3 a PbNb2O6 oba malé, asi 200, a lze je dobře použít jako piezoelektrické materiály na povrchu ultrazvukových měničů. Dielektrická konstanta jiných binárních a vícesložkových piezoelektrických keramických materiálů ultrazvukový rozsah snímače je 200-1000, což právě splňuje požadavek střední dielektrické konstanty.

 

 

2. Zpracováním lze získat dobrý povrch vhodný pro výrobu interdigitálních elektrod.

Monokrystalové materiály jsou velmi husté a povrch je ideální po následném zpracování jako je řezání a leštění. piezoelektrické keramické měniče jsou obvykle vyrobeny z práškových materiálů s různým složením. Po sérii úprav je slinován při vysoké teplotě, takže jeho zrnitost a velikost pórů jsou hlavními indikátory piezoelektrických keramických materiálů používaných v ultrazvukových zařízeních s povrchovými vlnami. Neurčuje pouze hladkost materiálu, ale také určuje pracovní frekvenci zařízení.

 

Pracovní frekvence ultrazvukového zařízení s povrchovými vlnami závisí na šířce interdigitální tyče interdigitálního snímače, což vyžaduje, aby rozměr L povrchu ultrazvukového nástroje byl alespoň menší než šířka interdigitálního snímače. Aby se snížil odraz zvukových vln, používá se subprstový snímač, to znamená, že každý prst má λ/8 a šířka každého prstu je pouze 51 um. Aby póry a zrna materiálu neovlivňovaly kovové tyče prstů, je požadováno, aby velikost pórů a zrn byla alespoň menší než 3 μm. Proto, aby se získal dobrý povrch vhodný pro výrobu vzájemně propojených elektrod, musí být krystalová zrna a póry piezoelektrických keramických materiálů co nejmenší.

 

3. Přenosový útlum ultrazvukové povrchové vlny by měl být malý

Útlum ultrazvukového povrchu wPřenos  závisí na fyzikálních vlastnostech a stavu povrchu piezoelektrický keramický materiál samotný  . Pokud jsou póry a zrna příliš velké, budou indukovány ztráty rozptylem, přičemž útlum bude také způsoben třecími ztrátami při vibracích mezi zrny. Proto musí být kromě procesní úpravy dána také výběrem materiálů.

 

4. Koeficient elektromechanické vazby musí být co nejvyšší, aby se zlepšila účinnost elektromechanické konverze

Koeficient elektromechanické vazby odráží účinnost konverze mezi mechanickou energií a elektrickou energií piezoelektrických materiálů. To je velmi důležitý ukazatel. Nejen, že úzce souvisí s elasticitou, dielektrickými vlastnostmi a piezoelektrickými vlastnostmi materiálů, ale má také úzký vztah s různými vibračními režimy. Aby se zlepšila účinnost konverze, čím větší je koeficient elektromechanické vazby, tím lépe. To také snižuje energetické ztráty při zpracování signálu. Obecně je elektromechanický vazební koeficient piezoelektrických keramických materiálů relativně velký, takže je to pro piezoelektrickou keramiku snadné.

 

5. Lepší konzistence a opakovatelnost

Když je zařízení sériově vyráběno, rozdíl ve výkonu mezi stejným materiálem nebo místními oblastmi stejné šarže materiálu by měl být malý, aby zařízení mohlo správně fungovat. To má malý vliv na piezoelektrické monokrystaly kvůli lepší konzistenci a opakovatelnosti piezoelektrických monokrystalických materiálů, ale vliv je větší na piezoelektrické keramické materiály. Hlavními faktory ovlivňujícími disperzi materiálů jsou disperze surovin, odchylka vážení přísad, řízení teploty slinování a času. Když odchylka klíčových charakteristik (jako je rychlost zvuku) dosáhne 1 %, je již pro sériovou výrobu zařízení nepřijatelná, proto je přísnější, aby byla menší než 0,1 %.