Nyheder

Du er her: Hjem / Nyheder / Grundlæggende om piezoelektrisk keramik / Piezoelektrisk keramisk mekanisk kvalitetsfaktor Qm og dens temperaturstabilitet

Piezoelektrisk keramisk mekanisk kvalitetsfaktor Qm og dens temperaturstabilitet

Visninger: 160 Forfatter: Webstedsredaktør Udgivelsestid: 10-10-2019 Oprindelse: websted

Spørge

Piezoelektrisk keramik har optaget en betydelig del inden for elektroniske materialer og har været meget udbredt. For forskellige anvendelser af piezoelektrisk keramik er kravene til piezoelektriske parametre også forskellige. For eksempel i effekttransducere - liter På den piezoelektriske transformer er boost-forholdet for enheden proportional med den mekaniske kvalitetsfaktor Qm af PZT-materialet. Det piezoelektriske materiale med høj Qm-værdi har et højt boost-forhold og forbedret arbejdseffektivitet, men i lavtemperaturområdet forringes Qm-værdien let. Som et resultat reduceres boost-forholdet, transformatorens arbejdseffektivitet reduceres, og ydeevnestabiliteten påvirkes. Det piezoelektriske keramiske materiale har en stor Qm-værdi, og god temperaturstabilitet kan stabilisere enhedens ydeevne ved anvendelse af effekttransduceren. At forbedre arbejdseffektiviteten og udvide omfanget af arbejdet. På den anden side, hvis du vil øge båndbredden, skal du sænke Qm-værdien. For at forstå Qm's fysiske natur skal du derfor udforske de faktorer, der påvirker stabiliteten og størrelsen af Qm-temperaturen. I praksis kan Qm-værdien af det piezoelektriske materiale justeres, og temperaturstabiliteten kan forbedres og derved opfylde de forskellige krav i piezo rund skive transducer og udvide anvendelsesområdet.

Karakteren og karakteriseringen af Qm

Den mekaniske kvalitetsfaktor Qm-værdi karakteriserer den energi, der forbruges af det piezoelektriske legeme for at overvinde intern friktion under resonans. Den er defineret som: Qm = 2π. Den mekaniske energi, der er lagret i vibratoren under resonans, resonerer energien fra vibratorens mekaniske tab pr. uge. Faktoren Qm-værdien afspejler det mekaniske tab af det piezoelektriske materiale. Jo mindre det mekaniske tab er, jo større er Qm-værdien. Når Qm-værdien for materialet beregnes, bruges følgende omtrentlige formel til det ækvivalente kredsløbsdiagram for den piezoelektriske vibrator:
Qm = 1/ 4π( C0 + C1) R1Δf ,

Hvor C0 er den statiske kapacitans af piezokeramisk krystalkvartsstang , R1 er den ækvivalente modstand af vibratorresonansen, C1 er vibratorens dynamiske kapacitans, og Δf er forskellen mellem vibratorens resonansfrekvens fr og antiresonansfrekvensen fa. Generelt anvendes transmissionslinjemetoden. Δf, R1 osv. opnås, og derefter beregnes Qm. Ud fra den termodynamiske frie energifunktion diskuteres den fysiske kilde til Qm-værdi, og formlen udledes: og Q-1m-værdien verificeres eksperimentelt til at være proportional med det dielektriske tab. Derudover er Qm-værdien i forsøget på baggrund af dette kvantitativt udtrykt som funktion af rumladningsmængden og volumenmodstanden, og den empiriske formel opnås: Qm = (800 lgρ - 7 500) { ( Ps - Pi) / Ps - 0. 2} + 250. Hvor ρ-resistensen er saturiteten. polarisationsværdi, og Pi er polarisationsværdien bestemt på hysteresesløjfen, der opnås umiddelbart efter, at det vekslende elektriske felt er påført, (Ps - Pi) / Ps er ækvivalenten og mængden af rumladning. Når ( Ps - Pi) / Ps ≥0. 2, ρ ≥109Ω·cm, er det i god overensstemmelse med forsøgsresultaterne. Både teoretisk og eksperimentelt er essensen og karakteriseringen af Qm blevet udført. Dybdegående diskussion. Dette hjælper os til yderligere at studere størrelsen af Qm og dens temperaturstabilitet.

Måling for at forbedre Qm-værdi og temperaturstabilitet

Juster materialeforhold

Siden 1960'erne, baseret på PZT piezoelektriske keramiske materiale, er de ternære og kvaternære piezoelektriske keramiske materialer blevet udviklet og undersøgt. Det har vist sig, at flerkomponentmaterialerne ikke kun kan opnå et overlegent tryk. Elektriske egenskaber og temperaturstabilitet er bedre. PZT-baserede keramiske materialer ved kvasi-homofase-grænsen, på grund af overgangszonen af ferroelektrisk tetragonal fase til ferroelektrisk tredelt faseovergang, gitterstrukturafslapning, spontan polarisering er let at vende piezoelektrisk aktivitet på samme tid, det mekaniske tab stiger, Qm-værdien er ikke god og stabilitetsværdien er ikke god. Derfor kan forskellige materialeforhold vælges i henhold til kravene til forskellige piezoelektriske enheder. For eksempel vælges materialer, der kræver høj Qm, til at forlade. For materialeformuleringen ved grænsen, hvis Qm-temperaturstabiliteten er påkrævet, er det nødvendigt at vælge materialeformlen i faseområdet nær den quasi-homogene fasegrænse.

Dopingmodifikation
Ud over at ændre forholdet mellem binære, ternære og kvaternære systemer, er Qm-værdien af PZT materiale piezo keramisk skive kan forbedres til en vis grad, og doping i hovedkomponenten af materialet kan yderligere forbedre materialeegenskaberne, herunder størrelsen og temperaturstabiliteten af Qm værdien. I undersøgelsen af de piezoelektriske egenskaber af hårde PZT-materialer ved mangan-doping, blev det fundet, at Mn kan justere Qm-værdien på grund af valensændringen i Mn. I det kvaternære system Pb ( Mg1/ 3Nb2/ 3) (Mn1/ 3Nb2/ 3) er TiZrO3 piezoelektrisk materiale desuden doteret med en vis mængde CeO2, og den maksimale relative afvigelse af Qm kan opnås i området -20-55 °C (i forhold til 25 °C-værdien) | δ(Qm) m | falder fra 42 % til 33 %; den maksimale relative offset af en bestemt formulering er næsten uændret, når Sr er dopet. Doping i Pb (Mn1/ 3Sb2/ 3) O3 materialer Sn forbedrer lavtemperaturstabiliteten af Qm. Der er to argumenter for doping, der forklarer temperaturstabiliteten af Qm. Det siges, at forringelsen af piezoelektriske materialers elektriske egenskaber ofte skyldes mikrorevner inde i materialet. Forårsaget af vækst. Efter dopingen for at komme ind i krystalgitteret genereres der intern trykspænding, som til en vis grad hæmmer væksten af mikrorevner. For at undgå stigningen af materialets resonansmodstand og sikre temperaturstabiliteten på Qm. En anden måde at sige, at strukturen af dopingændringsmaterialet inkluderer kornstørrelse, korngrænsetilstand, gitterkonstant, tæthed osv., hvilket resulterer i makroskopiske fysiske egenskaber. hvorved temperaturvariationen af Qm-værdien forbedres. Sædvanligvis tilsætning af hårde tilsætningsstoffer såsom Eu, Yb, Al2O3, MgO osv. for at øge Qm-værdien; mens du tilføjer bløde tilsætningsstoffer som Nb2O5, La2O3, Ta2O5 osv., sænk Qm-værdien, og Qm-værdiens temperaturstabilitet er bedre end hård doping.

Procesoptimering
Fremstillingsprocessen af piezokeramiske materialer, især fremstilling, kalcinering, sintring og kunstig polarisering af pulvere, påvirker direkte prøvernes tæthed, kornstørrelse og piezoelektriske egenskaber. På nuværende tidspunkt er temperaturstabiliteten af Qm forbedret fra fremstillingsprocessen. Der er visse vanskeligheder, men størrelsen af Qm justeres fra forberedelsesprocessen. Mange forskere har været involveret. For eksempel er Cr3 + ion-doteret Pb (Mn1/ 3Nb2 / 3) TiZrO3-keramik meget følsom over for sintringstemperatur. Når sintringstemperaturen øges, hærdes de piezoelektriske egenskaber. Derfor kan Qm-værdien styres fleksibelt ved at ændre sintringstemperaturen. Kawasaki sammenligner dopingen med det konventionelle pulverpræparat ved termisk injektionsdoping. Det diskuteres, at nogle urenheder såsom Fe3+ vil øge Qm-værdien ved den termiske injektionsmetode, mens nogle ioner såsom Cr3+ reducerer Qm-værdien. Processen er optimeret til at forberede det keramiske materiale med fremragende ydeevne, hvilket er at justere Qm-værdien.

Teoretisk studeres materialeforholdet og dopingmodifikationen. I praksis er forbedringen af processen at justere Qm-værdien af det piezoelektriske keramiske materiale og forbedre temperaturstabiliteten, så det piezoelektriske keramiske materiale kan opnås mere bredt. En effektiv påføringsmetode.