Language
Zobrazení: 2 Autor: Editor webu Čas publikování: 2020-03-16 Původ: místo
Piezoelektrické keramické mikroaktory jsou polovodičové aktuátory nového typu vyrobené s využitím inverzního piezoelektrického jevu. Jsou široce používány v oblastech špičkových technologií, jako je přesná optika, mikromechanika, mikroelektronika a počítačové aplikace. Tyto aplikace vyžadují, aby piezoelektrická keramická zařízení byla malá, s nízkým napájecím napětím, velkým zdvihem a integrací. V minulosti byly vícevrstvé piezoelektrické keramické mikroaktuátory vytvořené spojením piezoelektrické keramiky s lepidlem ovlivněny tloušťkou jedné keramické membrány. Omezení (je poměrně obtížné vyrobit keramický monolitický monolitický materiál o tloušťce 200 μm nebo méně), zařízení nelze miniaturizovat a integrovat a lepidlo v zařízení, protože zařízení generuje velké tečení působením elektrického pole, což nepřispívá k přesnosti řízení posunu, zejména zařízení pod vlivem vysokého elektrického pole po dlouhou dobu, z lepidla snadno spadne plech s piezokroužkovým svařováním , což způsobuje zhoršení výkonu zařízení a dokonce i jev zlomení zařízení, což zkracuje životnost zařízení, což přináší velké výhody pro aplikaci. V posledních letech je vícevrstvá čipová piezoelektrická keramika získaná procesem zeleného odlévání piezokeramiky a technologií společného vypalování litého piezokeramického zeleného filmu a keramického mikroaktoru s vnitřní elektrodou (MMPA) novým typem funkčního keramického zařízení s vynikajícím výkonem vhodného pro velkosériovou výrobu. Toto vícevrstvé čipové zařízení lze snadno vyrobit o tloušťce filmu menší než 100 μm díky procesu odlévání. Po vypálení jsou piezokeramické vrstvy přímo spojeny s vnitřní elektrodou bez nutnosti lepení. Proto může být zařízení miniaturizováno a miniaturizováno, creep výkon zařízení je také výrazně zlepšen a jev vrstvení mezi keramickými vrstvami je výrazně zlepšen. Je efektivně překonána, což výrazně zlepšuje životnost zařízení. Tento článek popisuje vícevrstvý typ čipu a vysoký tlak olověného systému PZT vyrobený pomocí technologie keramického lití a technologie společného spalování keramického zeleného filmu / kovové vnitřní elektrody. Je to poprvé pro elektrický keramický mikropohon v této zemi. Tento článek studuje především statické a dynamické charakteristiky posuvu tohoto zařízení.
Proces přípravy vícevrstvého čipového piezoelektrického keramického mikroakčního členu musí projít 10 hlavními procesními kroky: nejprve se připraví měkký ternární piezoelektrický keramický prášek PZT s velkým koeficientem piezoelektrické deformace procesem přípravy elektronické piezokeramiky, Molekulární vzorec je xPb(Zn1/3Nb2/3)O3+yPbTiPTO3+ZPb (x+y+z=1),
Poté se keramický prášek pzt a organická přísada rovnoměrně smíchají v určitém poměru pevná látka/kapalina, aby se získala jednotná keramická kaše, a keramická kaše se odlévá do násypky na licím stroji pro odlévání. A rychlost organického nosiče pro přípravu jednotného, hustého, litého zeleného filmu o určité tloušťce. Odlévaný zelený film je vyražen do pzt keramického zeleného filmu určitého tvaru a vzor se vzorovou elektrodovou pastou a poté je keramický zelený film potištěný elektrodami umístěn do speciální formy a laminován v určitém pořadí, aby se získala vícevrstvá piezokeramika. Po rozřezání vícevrstvého těla vícevrstvých keramických součástek podle velikosti aktivní plochy zařízení je vložte do čistého Al2O3 kelímku a pomalu je sbalte k sobě. Dva konce vícevrstvého čipového zařízení jsou pokryty Ag externími elektrodami, stříbro 650 C, polarizace na vysokou teplotu (doba polarizace 30min, elektrické pole 4000V/C, teplota 1000V/C). Konvekční tlustý film a vysokoteplotní vnitřní elektroda a nakonec jsme získali vícevrstvý čip piezoelektrický keramický mikroaktuátor s aktivní plochou 5 mm × 6 mm a celkovou tloušťkou 2 mm (piezoelektrická keramická vrstva má 35 vrstev, každá vrstva má tloušťku 47 μm a horní a spodní povrchové vrstvy mají tloušťku asi 120 μm) .
Součinitel piezoelektrické deformace d33 piezokeramické součásti byly měřeny Ústavem akustiky Čínské akademie věd. Mikrostruktura vícevrstvého zařízení byla pozorována pomocí rastrovacího elektronového mikroskopu (SEM) vyrobeného Instrument Factory Čínské akademie věd. Hodnota posunu elektrického keramického mikroaktoru je testována vyrobeným testerem indukčnosti digitálního displeje DGS-6. Rozlišení je 0,01 μm. Dynamický posun je testován jediným laserovým paprskem podle principu doppelova jevu. Rozlišení je 0,005μm.
Pro piezoelektrickou keramiku podléhá konstantnímu vnějšímu namáhání, když je napětí aplikováno na dva povrchy kolmé na směr její tloušťky (směr polarizace), a uvážíme-li pouze piezoelektrickou deformaci až lineární deformaci, lze z piezoelektrické rovnice poznat, že je vyjádřen tlak. Posun Δll elektrické keramiky v podélném směru tloušťky.
Kde d33 je piezoelektrický koeficient deformace, V je použité napětí a t je tloušťka keramického monolitu. Rovnice ukazuje, že když aplikované napětí je velikost změny, posunutí piezoelektrického plechu ve směru tloušťky a piezoelektrika. Koeficient deformace d33 je úměrný použitému napětí V a nemá nic společného s tloušťkou; když se však aplikované elektrické pole změní, posunutí generované zařízením je nejen úměrné piezoelektrickému koeficientu d33 a elektrickému poli, ale také úměrné tloušťce It. Je vidět, že posuv piezoelektrické keramiky ve směru tloušťky souvisí s pracovním režimem posuvného pohonu zvoleného piezoelektrickou keramikou. Při použití je třeba vzít v úvahu dva faktory aplikovaného napětí a elektrického pole současně. Aplikace při téměř průrazném elektrickém poli; přitom by pracovní napětí mělo být co nejnižší a výtlak co největší.
U zařízení s určitým aplikovaným napětím může zmenšení tloušťky keramické desky dosáhnout účelu zmenšení velikosti zařízení ve směru tloušťky. Proto, když je vícevrstvá piezokeramická deska mechanicky zapojena do série, elektricky zapojena paralelně, a piezokeramická vrstva dohromady, směr polarizace sousedního piezokeramického měniče má obrácenou strukturu. Tímto způsobem, když je vícevrstvý piezoelektrický keramický mikrobudič aplikován s provozním napětím, je superponován jeho podélný posun, který může být vyjádřen .
Kde N je počet piezokeramických laminátů, to znamená, že posunutí vícevrstvého piezoelektrického keramického mikroakčního členu je N-krát zvětšeno ve srovnání s jedním kusem piezoelektrické keramiky. Pokud je však posunutí založeno na elektrickém poli aplikovaném každým piezoelektrickým keramickým plátem, když je velikost změny, lze vyjádřit rovnici (2).
Kde t je tloušťka každé vrstvy piezoelektrické keramiky a l je celková tloušťka vícevrstvého zařízení. Porovnáním vyjádření rovnic (3) a (1) lze zjistit, že kdy je celková tloušťka vícevrstvého zařízení. Když je tloušťka t stejná, jsou obě rovnice stejné, což znamená, že když intenzita elektrického pole aplikovaná každým piezoelektrickým keramickým kusem vícevrstvého zařízení je stejná jako u jednoho kusu piezoelektrické keramiky, velikost posunu obou je stejná. Aplikované napětí je Nkrát nižší než u monolitické piezoelektrické keramiky.
Z výše uvedené analýzy je vidět, že ačkoli monolitická piezoelektrická keramika může také dosáhnout posunutí v mikronovém měřítku zvýšením tloušťky filmu, použité pracovní napětí musí být tisíce voltů, což není příznivé pro aplikaci. Jako velikost změny má dvě různé funkce zesílení velikosti posunutí a snížení provozního napětí. Zejména když vícevrstvé zařízení udržuje elektrické pole konstantní, lze celkovou tloušťku zvýšit zvýšením počtu vrstev zařízení. Proto se prakticky uplatňuje. Když vícevrstvá zařízení mají nejen zvětšený výtlak, ale také mohou účinně snížit provozní napětí.
celková tloušťka je 2 mm (piezoelektrická keramická vrstva je 35 vrstev, každá vrstva má tloušťku 47 μm a horní a spodní povrchová vrstva má tloušťku každá asi 120 μm), která se připravuje procesem odlévání keramické fólie a technologií společného vypalování keramické / kovové vnitřní elektrody. Bílé rovnoběžné pruhy na obrázku jsou kovové vnitřní elektrody s pzt keramickými vrstvami mezi vnitřními elektrodami. V něm lze pozorovat mnoho pórů o velikosti několika mikronů piezo keramický kroužek . To je způsobeno keramickým odlitkem. Organické materiály, jako jsou pojiva a změkčovadla, zaujímají určitý podíl v zeleném filmu. Při společném vypalování keramiky / vnitřních elektrod způsobuje těkání organických materiálů v těchto filmech mnoho velkých pórů v keramické vrstvě pzt. Tyto póry jsou však v řadě PZT. Elektromechanické vlastnosti keramické vrstvy pzt nejsou v litém keramickém plechu vážně ovlivněny. Tento výsledek je v zásadě v souladu s elektromechanickým koeficientem tuhé piezoelektrické keramiky PBNN připravené metodou odlévání. Proto lze mít za to, že elektromechanické parametry piezokeramiky získané metodou lití jsou v zásadě stejné jako parametry keramické desky metodou suchého lisování.
