Studie o procesu polarizace piezoelektrické keramiky PZT

Piezoelektrické krystalové měniče jsou široce používány v oblasti elektroniky, světla, tepla a akustiky a staly se důležitými funkčními materiály v obranném průmyslu, civilním průmyslu a každodenním životě. Jsou hlavním směrem výzkumu současných funkčních materiálů. V současnosti je stále nejpoužívanější piezoelektrickou keramikou zirkoničitan titaničitan olovnatý (PZT) a jeho ternární nebo kvartérní keramika. Proces polarizace je klíčovým procesem při výrobě piezoelektrických keramických zařízení. Polarizační proces je proces pohybu a vývoje doménových struktur v piezoelektrické keramice. Piezoelektrické keramiky jsou izotropní tělesa před umělou polarizací a navenek nevykazují piezoelektrický efekt; po polarizaci se díky remanentní polarizaci stávají anizotropními tělesy, mají tedy piezoelektrický efekt. Dielektrické a elastické vlastnosti polarizované piezoelektrické keramiky souvisí se stupněm polarizace. Aby piezoelektrická keramika měla vysoký stupeň polarizace a plně využila své potenciální piezoelektrické vlastnosti, je nutné přijmout optimální polarizační podmínky, to znamená zvolit vhodnou polarizační sílu elektrického pole (E) a teplotu polarizace (T). A doba polarizace (t). Tyto tři podmínky procesu polarizace spolu souvisí. Pokud je polarizační elektrické pole slabé, lze jej kompenzovat zvýšením teploty a prodloužením doby polarizace; pokud je elektrické pole silné a teplota vysoká, lze dobu polarizace zkrátit. Tyto tři podmínky polarizace však úzce souvisí se složením piezoelektrické keramiky. U piezoelektrických keramických materiálů PZT je koercitivní elektrické pole sníženo. Tradiční metodou je úprava poměru zirkonia k titanu. Čím větší je poměr zirkonia k titanu, tím menší je koercitivní elektrické pole, takže polarizační elektrické pole je menší. Zvyšování poměru zirkonia k titanu významně nezlepšuje podmínky procesu polarizace.

Při výrobě a vědeckém výzkumu se určité oxidy a sloučeniny často používají jako stopové přísady ke zlepšení výkonu piezoelektrických keramických materiálů. Tyto stopové přísady nahrazují pozice některých titanových iontů a zirkoniových iontů v PZT, díky čemuž se doména v zrnech snadno pohybuje, což vede k výraznému snížení koercitivního elektrického pole a také snižuje tři podmínky polarizace. Snadno polarizovatelný. Po dlouhé době opakovaných experimentů bylo zjištěno, že piezoelektrický keramický filtr 6,5 MHz je vyroben z modifikovaného PZT a jeho složení je Pb0. 90 Sr0. 05 mg0. 03Ba0. 02 (Zr0. 53 Ti0. 47 ) O3 +CeO2 + Poté, co je piezoelektrická keramická surovina předpálena, vytvarována, vypálena a vyleštěna, vznikne kulatý piezokeramický kotouč 24 mm × 0,35 mm, který je po obou stranách kulatého piezokeramického kusu postříbřen, vloží se do pece, stříbrná destička se vyjme na 100 °C při 100 °C. vrstva. Poté se stříbrná piezo deska vloží do skříňové pece a teplota se zvýší na 100 °C při konstantní teplotě 15 °C / 6 min a teplota se zvýší na 0,5 °C. Teplota se zvýší na konstantní teplotu 15 °C / 6 min. Při 400 °C byla teplota zvýšena na 700 °C při konstantní teplotě 20 °C / 6 min. Po konstantní teplotě 20 minut se teplota pomalu snižovala pod 100 °C. Postříbřené porcelánové kusy byly umístěny při teplotě místnosti po dobu 12 hodin, umístěny do lázně silikonového oleje a podrobeny polarizačnímu ošetření za různých polarizačních podmínek. Piezoelektrické vlastnosti tangenciální piezoelektrická trubice byla měřena po stání po dobu 24 hodin.

Vliv polarizovaného elektrického pole na piezoelektrické vlastnosti

V procesu polarizace je polarizační elektrické pole vnější hnací silou pro řízení domény. V případě nepřekročení intenzity saturačního pole materiálu, čím větší E, tím větší vliv orientace doménového zarovnání a stupeň polarizace. Čím úplnější, tím lepší je piezoelektrický výkon. Elektrony, které je obtížné vychýlit nebo přeorientovat při nízkém tlaku, jsou náchylnější k vychýlení nebo změně orientace pod vysokým tlakem, což činí polarizaci úplnější. Pro 180° inverzní doménu, inverze domény neřídí reverzní doménu přes laterální pohyb její doménové stěny, ale spíše roste hodně polarizace blízko elektrody podél okraje vzorku uvnitř inverzní domény. Nová, ostře podobná doména se směrem konzistentním se směrem elektrického pole. Po nukleaci nové domény postupuje působením elektrického pole a proniká celým vzorkem. Když je elektrické pole zesíleno, nové domény se objevují nepřetržitě a dopředný vývoj se šíří do celé zpětné domény. Nakonec se reverzní doména stane stejnou jako směr vnějšího elektrického pole a spojí se s přilehlými izotropními doménami a vytvoří větší objem. U 90° domény se doménová stěna může pohybovat laterálně a kritické elektrické pole potřebné pro laterální pohyb 90° domény je menší než kritické elektrické pole potřebné pro ostře tvarované jádro nové domény, ale je zapotřebí 90° doménové řízení a směr vnějšího elektrického pole. Konzistentní vyžaduje větší elektrické pole a vývoj jeho nové domény spoléhá hlavně na vnější elektrické pole, které tlačí boční pohyb stěny domény o 90°. Za podmínky t = 15 min a T = 130 °C se polarizace piezoelektrického keramického kusu změnila o E a piezoelektrická konstanta d33 se změnila s E. Je vidět, že když E < 1,5 kV/mm, d33 roste pomalu se zvyšováním E; když E > 1,5 kV/mm, d33 se rychle zvyšuje se zvýšením E, ale když E > 2,5 kV/mm, d33 náhle rychle klesá. Je to proto, že když E < 1,5 kV/mm, polarizace může způsobit, že se materiál snadno otočí na 180° doménovou orientaci ve směru vnějšího elektrického pole, takže hodnota d33 je nižší a nárůst je pomalejší; když E > 1,5 kV, vnější elektrické pole je větší než koercitivní elektrické pole materiálu, takže oblast 90°, která obtížně otáčí materiál. která směřuje ke směru vnějšího elektrického pole, takže d33 rychle roste; pokračovat ve zvyšování intenzity vnějšího elektrického pole, když E > 2,0 kV/ Při mm je obrat piezoelektrické domény v materiálu téměř úplný, takže nárůst d33 má tendenci být pomalý. Ale když E dosáhne určité hodnoty (E > 2,5 kV/mm), volné elektrony v piezokeramice dostanou v elektrickém poli více energie než ztracené energie. Podle teorie ionizační srážky mohou být volné elektrony po každé srážce. Akumulující se energie způsobuje, že teplota keramické desky neustále stoupá, piezoelektrický výkon se neustále zhoršuje a nakonec dochází k tepelnému průrazu. Navíc, když je aplikované elektrické pole dostatečně vysoké, v důsledku tunelovacího efektu kvantové mechaniky mohou zakázané pásové elektrony vstoupit do vodivostního pásma a působením silného pole jsou volné elektrony urychleny, což způsobí srážku a ionizaci elektronů. V této době vlivem zvyšování proudu stoupá lokální teplota piezokrystalu, což způsobí částečné roztavení piezokrystalu a zničení jeho struktury, takže se zhorší vlastnosti piezokeramiky a nakonec dojde k rozpadu.

Vliv polarizační teploty na piezoelektrické vlastnosti

Za podmínky E = 2,0 kV/mm at = 15 min se T změní tak, aby polarizovala piezoelektrickou keramiku. Variace d33 a d33 se začíná zvyšovat rychleji. Po dosažení teploty 130 °C zůstala hodnota d33 v podstatě nezměněna. Je to proto, že při nižších teplotách, jak se teplota zvyšuje, se poměr os piezo krystalu zmenšuje, aktivita domény se zvyšuje a vnitřní napětí způsobené 90° řízením domén se zmenšuje, to znamená, že je ovlivněno řízení domény. Odpor je malý a domény se snadno orientují, takže polarizace se snadněji provádí. Když T dosáhne 130 °C, většina piezoelektrických domén je otočena a řízení je nasycené, takže hodnota d33 se nemění.

Polarizační podmínky mají velký vliv na výkon piezoelektrické keramiky a polarizační elektrické pole je hlavním faktorem polarizačních podmínek. Teoreticky, když aplikované elektrické pole překročí sílu koercitivního pole, většina domén by měla být otočena a polarizována přeskupena a plně polarizována, ale pod takovým elektrickým polem, i když je polarizováno po dlouhou dobu, jej nelze získat. Lepší piezoelektrické vlastnosti. Aby byly piezoelektrické vlastnosti materiálu plně využity, musí se elektrické pole přidat k intenzitě saturačního pole, které je 3 až 4násobkem intenzity koercitivního pole. Koercitivní elektrické pole je tedy spodní mez elektrického pole zvoleného během polarizace a intenzita saturačního pole Lze uvažovat, že horní mez intenzity pole je zvolena v době polarizace, a pokud je intenzita saturačního pole překročena, lze snadno nalézt průraz. Po komplexním zvážení jsou stanoveny optimální parametry procesu polarizace piezoelektrického keramického filtru 6,5 MHz: intenzita polarizačního elektrického pole je 2,2 kV/mm a teplota polarizace je 130 °C. Na základě toho se určí pól. Čas je 15 min. Experimentální výsledky ukazují, že když doba polarizace překročí 15 minut, vliv na piezoelektrický výkon není zřejmý. V experimentu bylo také zjištěno, že použití nízkoteplotní vodivé pasty stříbrné pasty místo běžně používané vysokoteplotní stříbrné pasty v procesu slinování stříbra může do určité míry zlepšit piezoelektrické a mechanické vlastnosti keramického plechu, ale pevnost spoje je nižší a náklady jsou vyšší. Vysoké a nevhodné pro průmyslovou výrobu. V experimentu procesu vypalování bylo zjištěno, že piezokeramická deska má teplotu vyšší než 1 250 °C a doba výdrže delší než 2 hodiny byla náchylná k porušení během polarizace, což mělo za následek nárůst trhlin. Je to proto, že čím vyšší je teplota vypalování a čím delší je doba výdrže, tím závažnější krystalizace nastává, takže z menších zrn se stávají zrna velká, což obvykle vede ke zvýšení pórovitosti keramiky a snížení hustoty keramiky. Snižuje mechanickou pevnost a dielektrickou konstantu a zároveň snižuje faktor mechanické kvality piezokeramiky.

 Při příchodu předání je předání ověřeno. V případě úspěchu jsou prostředky přidělené v přípravné fázi předány modulu pro přístup k protokolu a je zahájeno volání do řízení. V tomto okamžiku řízení volání považuje volání za normální volání terminálu. Když modul přístupu k protokolu hlásí HOM, že terminál skutečně přistoupil ke zprávě, lze přepínač považovat za stabilní. Pokud připojený terminál vyžaduje další předání, např. interní předání nebo následné předání, lze jej dokončit podle popisu funkce HO. Je třeba zdůraznit, že přepínané OT konce nemají nic společného s OT konci hovoru. Konec T a O konec hovoru může být přepínaný O konec nebo přepínaný T konec. Po průzkumu předávání GSM a UMTS, pokud v mobilním softswitchi existují předávání GSM a UMTS, existuje mnoho podobností mezi signalizačním procesem a řízením médií, zejména předávací zprávy BSSAP a RANAP. V procesu návrhu stavového stroje se uvažuje o implementaci fúze dvou protokolů a nakonec o přijetí schématu implementace oddělení. Proces signalizace jediného protokolu při předávání není složitý a složitost předávání vychází především ze spolupráce protokolů na více různých rozhraních. Sloučení zpráv souvisejících s předáním ve dvou protokolech aplikační části podsystému základnové stanice (BSSAP) a aplikační části rádiové přístupové sítě (RANAP) nelze pro návrh stavového automatu předání výrazně zjednodušit a bude také pro BSSAP. Konstrukce přizpůsobená protokolu RANAP přidává na složitosti. Fúze bude mít navíc za následek redundanci zpráv a parametrů nebo ztrátu funkčnosti.