فاکتور کیفیت مکانیکی سرامیک پیزوالکتریک Qm و پایداری دمایی آن

مقدار ضریب کیفیت مکانیکی Qm انرژی مصرف شده توسط بدنه پیزوالکتریک برای غلبه بر اصطکاک داخلی در طول تشدید را مشخص می کند. این چنین تعریف می شود: Qm = 2π. انرژی مکانیکی ذخیره شده در ویبراتور در طول تشدید، انرژی از دست دادن مکانیکی ویبره را در هفته طنین انداز می کند. مقدار فاکتور Qm منعکس کننده اتلاف مکانیکی مواد پیزوالکتریک است. هرچه تلفات مکانیکی کمتر باشد، مقدار Qm بزرگتر است. هنگام محاسبه مقدار Qm ماده، از فرمول تقریبی زیر برای نمودار مدار معادل ویبراتور پیزوالکتریک استفاده می شود:
Qm = 1/4π(C0 + C1) R1Δf،

جایی که C0 ظرفیت استاتیکی است میله کوارتز کریستال پیزوسرامیک ، R1 مقاومت معادل تشدید ویبراتور، C1 ظرفیت دینامیکی ویبراتور، و Δf تفاوت بین فرکانس رزونانس fr ویبراتور و فرکانس ضد رزونانس fa است. به طور کلی از روش خط انتقال استفاده می شود. Δf و R1 و ... بدست می آید و سپس Qm محاسبه می شود. از تابع انرژی آزاد ترمودینامیکی، منبع فیزیکی مقدار Qm مورد بحث قرار می‌گیرد و فرمول به دست می‌آید: و مقدار Q-1m به طور تجربی تأیید می‌شود که متناسب با تلفات دی الکتریک است. علاوه بر این، در آزمایش بر این اساس، مقدار Qm به صورت کمی به عنوان تابعی از مقدار بار فضایی و مقاومت حجمی بیان می‌شود و فرمول تجربی به دست می‌آید: Qm = (800 lgρ - 7 500) { (Ps - Pi) / Ps - 0. مقدار، و Pi مقدار قطبش تعیین شده در حلقه پسماند است که بلافاصله پس از اعمال میدان الکتریکی متناوب به دست می آید، (Ps - Pi) / Ps معادل و مقدار بار فضایی است. وقتی ( Ps - Pi) / Ps ≥0. 2، ρ ≥109Ω·cm، مطابقت خوبی با نتایج تجربی دارد. هم از لحاظ نظری و هم تجربی، ماهیت و خصوصیات Qm انجام شده است. بحث عمیق این به ما کمک می کند تا اندازه Qm و پایداری دمایی آن را بیشتر مطالعه کنیم.

اندازه گیری برای بهبود مقدار Qm و ثبات دما

اصلاح دوپینگ
علاوه بر تغییر نسبت سیستم های باینری، سه تایی و چهارتایی، مقدار Qm دیسک پیزو سرامیکی مواد PZT را می توان تا حدی بهبود بخشید، و دوپینگ در جزء اصلی ماده می تواند خواص مواد، از جمله اندازه و پایداری دمایی مقدار Qm را بهبود بخشد. در مطالعه خواص پیزوالکتریک مواد PZT سخت توسط دوپینگ منگنز، مشخص شد که منگنز می تواند مقدار Qm را به دلیل تغییر ظرفیت در منگنز تنظیم کند. علاوه بر این، در سیستم چهارتایی Pb (Mg1/3Nb2/3) (Mn1/3Nb2/3) مواد پیزوالکتریک TiZrO3 با مقدار مشخصی CeO2 دوپ شده است و حداکثر انحراف نسبی Qm را می توان در محدوده -20-55 درجه سانتی گراد (نسبت به Q5 درجه سانتی گراد) به دست آورد. δ( Qm) m | از 42 درصد به 33 درصد کاهش می یابد. حداکثر جبران نسبی یک فرمول خاص تقریباً بدون تغییر است که Sr دوپ شود. دوپینگ در مواد سرب (Mn1/3Sb2/3) O3 Sn پایداری دمای پایین Qm را بهبود می بخشد. دو استدلال برای دوپینگ وجود دارد که پایداری دمایی Qm را توضیح می دهد. گفته می شود که زوال خواص الکتریکی مواد پیزوالکتریک اغلب به دلیل ریزترک های داخل ماده است. ناشی از رشد. پس از دوپینگ برای ورود به شبکه کریستالی، تنش فشاری داخلی ایجاد می شود که تا حدودی از رشد ریزترک ها جلوگیری می کند. به منظور جلوگیری از افزایش مقاومت رزونانس مواد و اطمینان از ثبات دمایی Qm. روش دیگری برای گفتن اینکه ساختار ماده تغییر دوپینگ شامل اندازه دانه، شرایط مرزی دانه، ثابت شبکه، چگالی و غیره است که در نتیجه خواص فیزیکی ماکروسکوپی ایجاد می شود. در نتیجه تغییرات دمایی مقدار Qm را بهبود می بخشد. معمولاً افزودنی‌های سخت مانند Eu، Yb، Al2O3، MgO و غیره برای افزایش مقدار Qm اضافه می‌شود. در حالی که افزودن مواد افزودنی نرم مانند Nb2O5، La2O3، Ta2O5، و غیره، مقدار Qm را کاهش می دهد، و ثبات دمای مقدار Qm بهتر از دوپینگ سخت است.

بهینه سازی فرآیند
فرآیند آماده سازی مواد پیزو سرامیکی، به ویژه آماده سازی، کلسینه کردن، تف جوشی و قطبش مصنوعی پودرها، به طور مستقیم بر چگالی، اندازه دانه و خواص پیزوالکتریک نمونه ها تأثیر می گذارد. در حال حاضر، پایداری دمایی Qm از فرآیند آماده‌سازی بهبود یافته است. مشکلات خاصی وجود دارد، اما اندازه Qm از فرآیند آماده سازی تنظیم می شود. بسیاری از محققین درگیر بوده اند. به عنوان مثال، سرامیک‌های TiZrO3 دارای سرب دوپ شده با یون Cr3 + (Mn1/3Nb2/3) به دمای پخت بسیار حساس هستند، هنگامی که دمای تف جوشی افزایش می‌یابد، خواص پیزوالکتریک سخت می‌شود. بنابراین، مقدار Qm را می توان به طور انعطاف پذیر با تغییر دمای پخت کنترل کرد. کاوازاکی دوپینگ را با آماده سازی پودر معمولی با دوپینگ تزریق حرارتی مقایسه می کند. بحث شده است که برخی از یون‌های ناخالصی مانند Fe3 + مقدار Qm را با روش تزریق حرارتی افزایش می‌دهند، در حالی که برخی یون‌ها مانند Cr3 + مقدار Qm را کاهش می‌دهند. این فرآیند برای تهیه مواد سرامیکی با عملکرد عالی بهینه شده است، یعنی تنظیم مقدار Qm.

از نظر تئوری، نسبت مواد و اصلاح دوپینگ مورد مطالعه قرار می‌گیرد. در عمل، بهبود فرآیند تنظیم مقدار Qm مواد سرامیکی پیزوالکتریک و بهبود پایداری دما است، به طوری که می توان مواد سرامیکی پیزوالکتریک را به طور گسترده به دست آورد. یک روش کاربردی موثر.