Language
Visninger: 2 Forfatter: Webstedsredaktør Udgivelsestid: 16-03-2020 Oprindelse: websted
Piezoelektriske keramiske mikroaktuatorer er en ny type solid-state aktuatorer lavet ved hjælp af den omvendte piezoelektriske effekt. De er meget udbredt inden for højteknologiske områder som præcisionsoptik, mikromekanik, mikroelektronik og computerapplikationer. Disse applikationer kræver, at piezoelektriske keramiske enheder er små, lav drivspænding, stor forskydning og integration. Tidligere er flerlags piezoelektriske keramiske mikroaktuatorer dannet ved at binde piezoelektrisk keramik med et klæbemiddel blevet påvirket af tykkelsen af den enkelte keramiske membran. Begrænsning (Det er ret vanskeligt at lave en keramisk monolitik med en tykkelse på 200 μm eller mindre), enheden kan ikke miniaturiseres og integreres, og klæbemidlet i enheden, fordi enheden genererer store kryb under påvirkning af et elektrisk felt, hvilket ikke er befordrende for præcisionen af forskydningskontrol, især enheden under påvirkning af høje elektriske felter er let at falde af fra en lang, let adhe-tid piezo ring svejsekomponenter ark, hvilket får enhedens ydeevne til at forringes, og endda enhedens brudfænomen, forkorter enhedens levetid, hvilket bringer store fordele til applikationen. I de seneste år er flerlags chip piezoelektrisk keramik opnået ved at bruge den grønne støbeproces af piezokeramik og co-firing teknologien af den støbte piezokeramiske grønne film og den interne elektrode keramiske mikroaktuator (MMPA) er en ny type funktionel keramisk enhed med fremragende ydeevne velegnet til storskala produktion. Denne flerlags chip-enhed er let at producere en filmtykkelse på mindre end 100 μm på grund af støbeprocessen. Efter brænding bindes de piezokeramiske lag direkte til den indvendige elektrode uden behov for klæbende limning. Derfor kan enheden miniaturiseres og miniaturiseres, enhedens krybeydelse er også væsentligt forbedret, og lagdelingsfænomenet mellem de keramiske lag er væsentligt forbedret. Det overvindes effektivt, hvilket i høj grad forbedrer enhedens levetid. Denne artikel rapporterer en flerlags chip-type og højt bly PZT-systemtryk fremstillet ved brug af keramisk støbeteknologi og keramisk grøn film/metal intern elektrode-samfyringsteknologi. Det er første gang for en elektrisk keramisk mikroaktuator her i landet. Dette papir studerer hovedsageligt de statiske og dynamiske forskydningsegenskaber for denne enhed.
Procesflowet til fremstilling af en flerlags chip piezoelektrisk keramisk mikroaktuator skal gennemgå 10 hovedprocestrin: Først fremstilles et blødt PZT ternært piezoelektrisk keramisk pulver med en stor piezoelektrisk belastningskoefficient ved en elektronisk piezokeramisk forberedelsesproces, Den molekylære formel er xPb(Zn1/3Nb2/3)O3+yPbZrO3+zPbTiO3,(PZN-PZ-PT), (x+y+z=1),
Derefter blandes det pzt-keramiske pulver og det organiske tilsætningsstof ensartet i et bestemt faststof/væske-forhold for at opnå en ensartet keramisk opslæmning, og den keramiske opslæmning støbes i en tragt på en støbemaskine til støbning. Og organisk bærerhastighed til at forberede en ensartet, tæt, støbt grøn film med en vis tykkelse. Den støbte grønne film udstanses i en pzt keramisk grøn film af en bestemt form og et mønster med en mønsterelektrodepasta, og derefter anbringes den keramiske grønne film trykt med elektroder i en speciel form og lamineres i en bestemt rækkefølge for at opnå en flerlags piezokeramik. Efter at have skåret flerlagslegemet af flere flerlags keramiske enheder i henhold til størrelsen af enhedens aktive område, læg dem i en ren Al2O3-digel og pak dem langsomt sammen. De to ender af flerlagschipenheden er dækket med Ag eksterne elektroder, 650 C sølvbrændt, højtemperaturpolarisering (polariseringstid 30min, 010V C). Konvektion tyk film og høj temperatur intern elektrode, og endelig opnåede en flerlags chip piezoelektrisk keramisk mikroaktuator med et aktivt areal på 5 mm × 6 mm og en total tykkelse på 2 mm (det piezoelektriske keramiske lag er 35 lag, hvert lag er 47 μm tykt og de øvre og nedre overfladelag er ca. 1 m tykke 20 m).
Den piezoelektriske belastning d33 koefficient af piezo keramiske komponenter blev målt af Institute of Acoustics ved det kinesiske videnskabsakademi. Mikroområdets mikrostruktur af flerlagsanordningen blev observeret med et scanningselektronmikroskop (SEM) produceret af Instrument Factory af det kinesiske videnskabsakademi. Forskydningsværdien af den elektriske keramiske mikroaktuator testes af den producerede DGS-6 digitale displayinduktanstester. Opløsningen er 0,01 μm. Den dynamiske forskydning testes af en enkelt laserstråle efter princippet om dobbelteffekten. Opløsningen er 0,005μm.
For en piezoelektrisk keramik er udsat for konstant ydre belastning, når en spænding påføres to overflader vinkelret på dens tykkelsesretning (polarisationsretning), og kun overvejer piezoelektrisk deformation til lineær deformation, kan det vides fra den piezoelektriske ligning, at trykket.
Hvor d33 er den piezoelektriske tøjningskoefficient, V er den påførte spænding, og t er tykkelsen af den keramiske monolit. Ligning viser, at når den påførte spænding er mængden af ændring, forskydningen af den piezoelektriske plade i tykkelsesretningen og den piezoelektriske . Deformationskoefficienten d33 er proportional med den påførte spænding V og har intet at gøre med tykkelsen; men når det påførte elektriske felt ændres, er forskydningen, der genereres af indretningen, ikke kun proportional med den piezoelektriske koefficient d33 og det elektriske felt, men også proportional med tykkelsen. Den er proportional. Det kan ses, at forskydningen af den piezoelektriske keramik i tykkelsesretningen er relateret til arbejdstilstanden for forskydningsdrevet valgt af den piezoelektriske keramik. Når der påføres, skal de to faktorer af den påførte spænding og det elektriske felt tages i betragtning på samme tid. Anvendelse under næsten sammenbrud elektrisk felt; samtidig skal arbejdsspændingen være så lav som muligt, og forskydningen skal være så stor som muligt.
For en enhed med en bestemt påført spænding kan reduktion af tykkelsen af den keramiske plade opnå formålet med at reducere størrelsen af enheden i tykkelsesretningen. Derfor, når den flerlagede piezokeramiske plade er mekanisk forbundet i serie, elektrisk forbundet parallelt, og det piezokeramiske lag sammen, tager polarisationsretningen af den tilstødende piezokeramiske transducer den omvendte struktur. På denne måde, når den flerlagede piezoelektriske keramiske mikrodriver påføres en driftsspænding, overlejres dens langsgående forskydning, hvilket kan udtrykkes.
Hvor N er antallet af piezokeramiske laminater, det vil sige, at forskydningen af den flerlagede piezoelektriske keramiske mikroaktuator er forstørret N gange sammenlignet med et enkelt stykke piezoelektrisk keramik. Men når forskydningen er baseret på det elektriske felt påført af hver piezoelektrisk keramisk plade. Når størrelsen af ændringen er, kan ligning (2) udtrykkes.
Hvor t er tykkelsen af hvert lag af piezoelektrisk keramik, og l er den samlede tykkelse af flerlagsanordningen. Ved at sammenligne udtryk for ligning (3) og (1), kan det konstateres, at hvornår er den samlede tykkelse af flerlagsanordningen. Når tykkelsen t er den samme, er de to ligninger de samme, hvilket indikerer, at når den elektriske feltintensitet påført af hvert piezoelektrisk keramisk stykke af flerlagsanordningen er den samme som for et enkelt stykke piezoelektrisk keramik, er forskydningsmængden af de to ens. Den påførte spænding er N gange lavere end for en monolitisk piezoelektrisk keramik.
Det kan ses fra ovenstående analyse, at selvom monolitisk piezoelektrisk keramik også kan opnå mikronskala forskydning ved at øge filmtykkelsen, skal den påførte arbejdsspænding være tusindvis af volt, hvilket ikke er befordrende for anvendelse. Som mængden af ændring har den to forskellige funktioner til at forstærke mængden af forskydning og reducere driftsspændingen. Især når flerlagsanordningen holder det elektriske felt konstant, kan den samlede tykkelse øges ved at øge antallet af lag af enheden. Derfor er det praktisk anvendt. Når flerlags enheder ikke kun har en forstørret forskydning, men også effektivt kan reducere driftsspændingen.
den samlede tykkelse er 2 mm (det piezoelektriske keramiske lag er 35 lag, hvert lag er 47 μm tykt, og de øvre og nedre overfladelag er hver omkring 120 μm tykke), som er fremstillet af den keramiske blanke filmstøbning og den keramiske/metal interne elektrode co-firing teknologi. De hvide parallelle striber på billedet er indvendige metalelektroder med pzt keramiske lag mellem de indvendige elektroder. Mange porer med en størrelse på flere mikron kan observeres i piezo keramisk ring . Dette skyldes den keramiske støbning. Organiske materialer som bindemidler og blødgørere optager en vis andel i den grønne film. Når keramikken/indvendige elektroder sambrændes, forårsager fordampningen af de organiske materialer i disse film mange store porer i det pzt keramiske lag. Disse porer er dog i PZT-serien. De elektromekaniske egenskaber af det pzt keramiske lag er ikke alvorligt påvirket i den støbte keramiske plade. Dette resultat er grundlæggende i overensstemmelse med den elektromekaniske koefficient for PBNN-stive piezoelektriske keramik fremstillet ved støbemetoden. Derfor kan det anses for, at de elektromekaniske parametre for piezokeramikken opnået ved støbemetoden grundlæggende er de samme som dem for den keramiske plade ved tørpresningsmetoden.
