Undersøgelse af polariseringsprocessen af ​​PZT piezoelektrisk keramik

Piezoelektriske krystaltransducere er meget udbredt inden for elektronik, lys, varme og akustik og er blevet vigtige funktionelle materialer i forsvarsindustrien, civilindustrien og dagligdagen. De er en vigtig forskningsretning for nuværende funktionelle materialer. På nuværende tidspunkt er den mest anvendte piezoelektriske keramik stadig blyzirkonattitanat (PZT) og dets ternære eller kvaternære keramik. Polariseringsprocessen er en nøgleproces i fremstillingen af ​​piezoelektriske keramiske enheder. Polariseringsprocessen er processen med bevægelse og udvikling af domænestrukturer i piezoelektrisk keramik. Piezoelektrisk keramik er isotropiske legemer før kunstig polarisering og udviser ikke piezoelektrisk effekt eksternt; efter polarisering bliver de til anisotrope legemer på grund af remanent polarisering og har dermed en piezoelektrisk effekt. De dielektriske og elastiske egenskaber af den polariserede piezoelektriske keramik er relateret til graden af ​​polarisering. For at få den piezoelektriske keramik til at have en høj grad af polarisering og give fuldt spil til deres potentielle piezoelektriske egenskaber, er det nødvendigt at vedtage de optimale polarisationsbetingelser, det vil sige at vælge den passende polarisationselektriske feltstyrke (E) og polarisationstemperatur (T). Og polariseringstid (t). De tre betingelser for polariseringsprocessen er indbyrdes forbundne. Hvis det elektriske polariseringsfelt er svagt, kan det kompenseres ved at øge temperaturen og forlænge polarisationstiden; hvis det elektriske felt er stærkt, og temperaturen er høj, kan polarisationstiden forkortes. Imidlertid er de tre polarisationsbetingelser tæt forbundet med sammensætningen af ​​piezoelektrisk keramik. For PZT piezoelektriske keramiske materialer reduceres det tvangselektriske felt. Den traditionelle metode er at justere forholdet mellem zirconium og titanium. Jo større zirconium-til-titan-forholdet er, jo mindre er det elektriske tvangsfelt, således at det elektriske polariseringsfelt er mindre. Det at øge zirconium-til-titan-forholdet forbedrer ikke væsentligt polariseringsprocessens betingelser.

I produktionen og videnskabelig forskning bruges visse oxider og forbindelser ofte som sporadditiver for at forbedre ydeevnen af ​​piezoelektriske keramiske materialer. Disse sporadditiver erstatter positionerne af nogle titaniumioner og zirconiumioner i PZT, hvilket får domænet i kornene til at bevæge sig let, hvilket fører til en betydelig reduktion af det elektriske tvangsfelt og også reducerer de tre polariseringsbetingelser. Let at polarisere. Efter en lang periode med gentagne eksperimenter bestemmes det, at det 6,5 MHz piezoelektriske keramiske filter er lavet af modificeret PZT, og dets sammensætning er Pb0. 90 Sr0. 05Mg0. 03Ba0. 02 (Zr0. 53 Ti0. 47 ) O3 +CeO2 + Efter at det piezoelektriske keramiske råmateriale er forbrændt, formet, brændt og poleret, dannes en rund piezokeramisk skive på 24 mm × 0,35 mm, og efter at være blevet anbragt sølv på begge sider af den piezo keramiske ovn i et stykke piezo 0 stykker. C. Bag i mere end 10 min, og fjern fliserne fra sølvlaget. Derefter placeres sølv piezopladen i en kasseovn, og temperaturen hæves til 100 ° C ved en konstant temperatur på 15 ° C / 6 min, og temperaturen hæves til 0,5 ° C. Temperaturen hæves til en konstant temperatur på 15 ° C / 6 min. Ved 400°C blev temperaturen hævet til 700°C ved en konstant temperatur på 20°C/6 min. Efter en konstant temperatur på 20 minutter blev temperaturen langsomt sænket til under 100 °C. De sølvbelagte porcelænsstykker blev anbragt ved stuetemperatur i 12 timer, anbragt i et silikoneoliebad og udsat for polarisationsbehandling under de forskellige polarisationsbetingelser. De piezoelektriske egenskaber ved tangentielle piezoelektriske rør blev målt efter henstand i 24 timer.

Effekt af polariseret elektrisk felt på piezoelektriske egenskaber

I polariseringsprocessen er det elektriske polariseringsfelt den eksterne drivkraft for at styre domænet. I tilfælde af at materialets mætningsfeltstyrke ikke overskrides, jo større E, jo større er effekten af ​​orienteringen af ​​domænejusteringen og graden af ​​polarisering Jo mere fuldstændig, jo bedre er den piezoelektriske ydeevne. Elektroner, der er svære at afbøje eller reorientere ved lavtryk, er mere modtagelige for afbøjning eller reorientering under højt tryk, hvilket gør polarisering mere komplet. For et 180° inversionsdomæne styrer inversionen af ​​domænet ikke det omvendte domæne gennem den laterale bevægelse af dets domænevæg, men vokser snarere en masse polarisering nær elektroden langs kanten af ​​prøven inde i inversionsdomænet. Et nyt, skarpt-lignende domæne med en retning, der stemmer overens med retningen af ​​det elektriske felt. Efter kernedannelse af det nye domæne, går det frem under påvirkning af et elektrisk felt og trænger ind i hele prøven. Når det elektriske felt forstærkes, opstår der løbende nye domæner, og den fremadrettede udvikling forplanter sig til hele det omvendte domæne. Endelig bliver det omvendte domæne det samme som retningen af ​​det eksterne elektriske felt og kombineres med tilstødende isotrope domæner for at danne et større volumen. For et 90°-domæne kan domænevæggen bevæge sig sideværts, og det kritiske elektriske felt, der kræves til lateral bevægelse af 90°-domænet, er mindre end det kritiske elektriske felt, der kræves for den skarpe nye domænekerne, men 90°-domænestyringen og den eksterne elektriske feltretning er påkrævet. Konsistent kræver et større elektrisk felt, og udviklingen af ​​dets nye domæne afhænger hovedsageligt af det eksterne elektriske felt til at skubbe den laterale bevægelse af 90° domænevæggen. Under betingelsen t = 15 min og T = 130 °C blev polariseringen af ​​det piezoelektriske keramiske stykke ændret med E, og den piezoelektriske konstant d33 ændret med E. Det kan ses, at når E < 1,5 kV/mm, stiger d33 langsomt med stigningen af ​​E; når E > 1,5 kV/mm, stiger d33 hurtigt med stigningen af ​​E, men når E > 2,5 kV/mm, falder d33 pludselig hurtigt. Dette skyldes, at når E < 1,5 kV/mm, kan polariseringen kun få materialet til let at dreje til 180° domæneorientering i retning af det eksterne elektriske felt, så d33-værdien er lavere og stigningen er langsommere; når E > 1. 5 kV , er det eksterne elektriske felt større end materialets tvangselektriske felt, således at 90° domænet, der er svært at dreje materialet. som tenderer til retningen af ​​det eksterne elektriske felt, så d33 stiger hurtigt; fortsæt med at øge den eksterne elektriske feltstyrke, når E > 2. 0 kV/ Ved mm er den piezoelektriske domænedrejning i materialet næsten fuldstændig, så stigningen af ​​d33 har en tendens til at være langsom. Men når E når en vis værdi (E > 2,5 kV/mm), får de frie elektroner i piezokeramikken mere energi i det elektriske felt end den tabte energi. Ifølge ioniseringskollisionsteorien kan de frie elektroner være efter hver kollision. Akkumulering af energi får temperaturen på den keramiske plade til at stige kontinuerligt, den piezoelektriske ydeevne forringes kontinuerligt, og til sidst opstår termisk nedbrydning. Desuden, når det påførte elektriske felt er tilstrækkeligt højt, på grund af kvantemekanikkens tunnelvirkning, kan de forbudte båndelektroner komme ind i ledningsbåndet, og under påvirkning af det stærke felt accelereres de frie elektroner, hvilket får elektronerne til at kollidere og ionisere. På dette tidspunkt, på grund af stigningen i strømmen, stiger den lokale temperatur af piezokrystallen, hvilket får piezokrystallen til delvist at smelte og ødelægge dens struktur, så piezokeramikkens egenskaber forringes, og til sidst sker nedbrydning.

Effekt af polarisationstemperatur på piezoelektriske egenskaber

Under tilstanden E = 2,0 kV/mm og t = 15 min, ændres T for at polarisere det piezoelektriske keramik. Variationen af ​​d33 og d33 begynder at stige hurtigere. Efter at temperaturen nåede 130 °C, forblev værdien af ​​d33 stort set uændret. Dette skyldes, at ved lavere temperaturer, når temperaturen stiger, bliver piezokrystalakseforholdet mindre, domæneaktiviteten øges, og den indre spænding forårsaget af 90° styringen af ​​domænerne bliver mindre, det vil sige domænestyringen påvirkes. Modstanden er lille, og domænerne er lette at orientere, så polarisering er lettere at udføre. Når T når 130 °C, drejes de fleste af de piezoelektriske domæner, og styringen er mættet, så værdien af ​​d33 ændres ikke.

Polarisationsforhold har stor indflydelse på ydeevnen af ​​piezoelektrisk keramik, og det elektriske polariseringsfelt er hovedfaktoren i polarisationsforholdene. Teoretisk set, når det påførte elektriske felt overstiger den tvangsfeltstyrke, bør de fleste af domænerne vendes og polariseres omarrangeres og fuldt polariseret, men under et sådant elektrisk felt, selvom det er polariseret i lang tid, kan det ikke opnås. Bedre piezoelektriske egenskaber. For at få materialets piezoelektriske egenskaber til at virke fuldt ud, skal det elektriske felt lægges til mætningsfeltstyrken, som er 3 til 4 gange tvangsfeltstyrken. Derfor er det tvangselektriske felt den nedre grænse for det elektriske felt, der er valgt under polarisering, og mætningsfeltstyrken Det kan overvejes, at den øvre grænse for feltstyrken er valgt på tidspunktet for polariseringen, og hvis mætningsfeltstyrken overskrides, er nedbrydningen let at finde. Efter omfattende overvejelser bestemmes de optimale polariseringsprocesparametre for det 6,5 MHz piezoelektriske keramiske filter: polariseringens elektriske feltstyrke er 2,2 kV/mm, og polarisationstemperaturen er 130 °C. Ud fra dette bestemmes polen. Tiden er 15 min. De eksperimentelle resultater viser, at når polarisationstiden overstiger 15 minutter, er effekten på den piezoelektriske ydeevne ikke indlysende. Det blev også fundet i eksperimentet, at brugen af ​​lavtemperatur ledende sølvpasta i stedet for den almindeligt anvendte højtemperatursølvpasta i sølvsintringsprocessen kan forbedre de piezoelektriske og mekaniske egenskaber af den keramiske plade til en vis grad, men bindingsstyrken er lavere, og omkostningerne er højere. Høj og uegnet til industriel produktion. I forsøget med brændingsprocessen blev det konstateret, at den piezokeramiske plade har en temperatur på mere end 1 250 °C, og en holdetid på mere end 2 timer var tilbøjelig til at gå i stykker under polarisering, hvilket resulterede i en stigning i revner. Det skyldes, at jo højere brændingstemperaturen er og jo længere holdetiden er, desto mere alvorlig krystallisation sker der, så mindre korn bliver til store korn, hvilket normalt fører til en stigning i den keramiske porøsitet og et fald i den keramiske densitet. Det reducerer den mekaniske styrke og dielektricitetskonstanten og reducerer samtidig piezokeramikkens mekaniske kvalitetsfaktor.

 Når overdragelsen ankommer, er overdragelsen autentificeret. Hvis det lykkes, overføres de ressourcer, der er allokeret i forberedelsesfasen, til protokoladgangsmodulet, og et opkald indledes til styringen. På dette tidspunkt betragter opkaldsstyringen opkaldet som et normalt terminalopkald. Når protokoladgangsmodulet rapporterer til HOM, at terminalen faktisk har tilgået meddelelsen, kan switchen anses for at være i en stabil tilstand. Hvis den indkoblede terminal kræver andre overdragelser, såsom intern overdragelse eller efterfølgende overdragelse, kan det gennemføres i henhold til HO funktionsbeskrivelsen. Det skal påpeges, at de skiftede OT-ender intet har at gøre med OT-enderne af opkaldet. T-enden og O-enden af ​​opkaldet kan være den skiftede O-ende eller den skiftede T-ende. Efter forskning i GSM- og UMTS-overdragelse, hvis der er GSM- og UMTS-overdragelser i den mobile softswitch, er der mange ligheder mellem signaleringsprocessen og mediestyringen, især overdragelsesmeddelelserne fra BSSAP og RANAP. I designprocessen af ​​statsmaskinen overvejes det at implementere fusionen af ​​de to protokoller og endelig vedtage ordningen for separationsimplementering. Signaleringsprocessen for en enkelt protokol i overdragelse er ikke kompliceret, og kompleksiteten af ​​overdragelse kommer hovedsageligt fra samarbejdet mellem protokoller på flere forskellige grænseflader. Sammensmeltningen af ​​de overdragelsesrelaterede meddelelser i de to protokoller for Base Station Subsystem Application Part (BSSAP) og Radio Access Network Application Part (RANAP) kan ikke i høj grad forenkles for udformningen af ​​overdragelsestilstandsmaskinen og vil også være for BSSAP. Designet tilpasset RANAP-protokollen tilføjer kompleksitet. Derudover vil fusionen resultere i redundans af meddelelser og parametre eller tab af funktionalitet.