فرآیند ترانسفورماتور مبدل سرامیکی پیزوالکتریک

تولید و تحقیق از مواد سرامیکی پیزوالکتریک برای ترانسفورماتورهای پیزوالکتریک پرقدرت در تحقیق مواد سرامیکی پیزوالکتریک، تحقیقات چین نسبتاً عقب مانده است. طبق آمار، در شش سال 1997-2002، در میان بیش از 60 پتنت منتشر شده در چین برای سرامیک های پیزوالکتریک و کاربردهای آن، حدود 50 درخواست وجود داشت که از این تعداد فقط نزدیک به 80 مورد از آنها بود. 2 مورد در کره وجود دارد و تنها 4 مورد در چین وجود دارد که انتظار می رود تنها یکی از آنها برای پیزوالکتریک اعمال شود. در سال های اخیر، اگرچه هیچ شرکت خارجی دیگری حق اختراع در مورد تحقیق و کاربرد مواد سرامیکی پیزوالکتریک در چین ارائه نکرده است، اما می توان از آنها برای تولید سرامیک های پیزوالکتریک مبتنی بر PZT برای ترانسفورماتورهای سرامیکی پیزوالکتریک با قدرت بالا استفاده کرد. می توان از آن برای ساخت ترانسفورماتورهای پیزوالکتریک با توان خروجی بالای 30 وات استفاده کرد. این با موفقیت در لامپ های فلورسنت برای استفاده روزانه اعمال شده است. Pz24 مبتنی بر PZT Ferroperm نیز با موفقیت در مبدل‌های پرقدرت استفاده شده است. اگرچه در کشور ما برخی از موسسات تحقیقاتی از مواد پیزوالکتریک مبتنی بر مواد NEC برای تهیه ترانسفورماتورهای پیزوالکتریک با توان خروجی زیر پایین استفاده کرده اند (اما وضعیت تحقیق و کاربرد سرامیک پیزوالکتریک هنوز خوش بینانه نیست).

از آنجایی که ترانسفورماتورهای سرامیکی پیزوالکتریک چندلایه به راحتی می توان به کوچک سازی و توان خروجی بالا دست یافت، برخی از محققان در داخل و خارج از کشور اغلب ساختار چند لایه را در تحقیق ترانسفورماتورهای پیزوالکتریک اتخاذ می کنند. ساده‌ترین ساختار ترانسفورماتور پیزوالکتریک سرامیکی چند لایه از نوع Rosen را می‌توان به‌عنوان فرآیند ترکیبی و ساده‌شده در جهت ضخامت توسط تعداد زیادی از ترانسفورماتورهای سرامیکی پیزوالکتریک تک‌تکه از نوع Rosen در نظر گرفت. انتهای ورودی به طور متناوب لمینیت شده و توسط a شلیک می شود دیسک سرامیکی پیزوالکتریک و یک ماده الکترود، که به طور اجتناب ناپذیری شامل یک مشکل شلیک مشترک بین مواد پیزو سرامیکی و مواد الکترود می شود. در حال حاضر، بسیاری از مواد پیزو سرامیکی PZT برای ترانسفورماتورهای پیزوالکتریک دارای مشکل دمای بیش از حد بالا (> 11000 درجه سانتیگراد) در تولید ترانسفورماتورهای سرامیکی پیزوالکتریک چند لایه هستند، لازم است نسبت بیشتری از مواد الکترود حاوی فلزات گرانبها استفاده شود. در تولید ترانسفورماتورهای پیزوالکتریک، هزینه مواد الکترود برای حدود 2/3 از هزینه کل. بنابراین، به منظور کاهش هزینه تولید، مواد پیزوالکتریک ترانسفورماتور پیزوالکتریک ضروری است، اما عملکرد ضد اکسیداسیون فلز پایه در دمای بالا بسیار ضعیف است. با توجه به سادگی و صرفه جویی در فرآیند، اکثر تولید کنندگان دستگاه های پیزوالکتریک در چین در حال حاضر از تف جوشی با اتمسفر اکسید کننده در طول تولید استفاده می کنند. هنگامی که دمای تف جوشی بالاتر از 1100 درجه سانتیگراد باشد، فلز پایه مانند Ni به راحتی اکسید می شود، که مقاومت تماس بین الکترود و مواد سرامیکی را افزایش می دهد و تأثیر منفی زیادی بر دستگاه دارد. در شرایط فعلی، دو راه برای «متالیزاسیون روتنیوم» الکترودهای دستگاه پیزوالکتریک وجود دارد: اول، در شرایطی که عملکرد دستگاه تحت تأثیر قرار نگیرد، دمای پخت مواد پیزو سرامیک مورد استفاده به طور مناسب کاهش می‌یابد و در نتیجه میزان فعلی داخلی کاهش می‌یابد. دوم، 'متالیزاسیون روتنیوم' کامل اتخاذ شده است که در یک اتمسفر کاهنده پخته می شود. تحقق راه دوم برای تولید سرامیک پیزو الکترونیکی چین در حال حاضر، مشکل بسیار بزرگ است. از آنجا که بسیاری از کارخانه تولید سرامیک الکترونیکی چین در حال حاضر، استفاده از گام نوع کوره جو اکسید کننده. دستیابی به تف جوشی کاهشی به معنای جایگزینی اساسی تجهیزات اصلی است که بدیهی است برای تولید سرامیک های الکترونیکی پیزو در چین که شروع دیرهنگام دارد غیرقابل تحمل است. بنابراین دستیابی به سوزاندن درجه پایین یکی از جهت گیری های تحقیقاتی مواد ترانسفورماتور پیزوالکتریک پرقدرت است. چنین عملکردی از مواد بدون سرب موجود رضایت بخش نیست. اگرچه در زمینه تحقیقات پیزوالکتریک، استفاده از مواد بدون سرب برای جایگزینی مواد PT یا PZT موجود، روند آینده است و به دلیل شرایط علمی و فناوری موجود، دستیابی به آن در کوتاه مدت دشوار است. در عین حال، Qm و Kp مواد PZT خالص یک جفت عامل محدودکننده متقابل هستند، یکی بالا و دیگری باید کم باشد. بنابراین، در زمینه تحقیقاتی مواد پیزوالکتریک پرقدرت، چشم محققان بیشتر بر روی منات لانتانیم سرب (PMS)، نیمانات سرب (PMN)، نیوبات روی سرب (PZN) و سایر اجزا و PZT متمرکز است. تحقیق در مورد سیستم های سه تایی، چهارتایی یا چند متغیره. از مثال‌های بالا می‌توان دریافت که سرامیک‌های پیزوالکتریک پرقدرت از نظر ترکیب دارای ویژگی‌های زیر هستند: اجزای اصلی سرامیک‌های پیزوالکتریک پرقدرت عمدتا PZT هستند و نسبت Zr/Ti نزدیک به مرز شبه هموفاز است. این عمدتا به دلیل وجود یک مرز شبه هموفاز بین مجتمع فروالکتریک آرام و پیزو PZT است. به دلیل وجود مرز فاز شبه همگن، فضای تنظیم بزرگی برای انتخاب و طراحی ترکیب و عملکرد مواد وجود دارد. نتایج تحقیقات جدید در مورد مرز شبه هموفاز همچنین نشان می دهد که C20-221: یک فاز فروالکتریک مونوکلینیک در مرز شبه هموفاز وجود دارد و محور قطبی فاز فروالکتریک تک کلینیک می تواند بین آنها باشد. در هر جهت، به طوری که در ماده ترکیب در نزدیکی مرز شبه هموفاز، انحراف دامنه در حین پلاریزاسیون آسان‌تر است و خواص پیزوالکتریک ماده در نزدیکی مرز شبه هموفاز بهینه است. از آنجایی که دمای کوری فروالکتریک های شل شده نسبتا پایین است، مانند: Pb (Z n، /3Nb2/3)، Tc = 1400C، بنابراین برای اطمینان از اینکه ماده دارای دمای Tc بالاتری است، محتوای PZT در این سیستم ها بالاتر است.

از طریق تجزیه و تحلیل فوق، اصول زیر برای انتخاب و طراحی مواد برای ترانسفورماتورهای سرامیکی پیزوالکتریک پرقدرت موجود است: