Language
Katselukerrat: 2 Tekijä: Site Editor Julkaisuaika: 2020-03-16 Alkuperä: Sivusto
Pietsosähköiset keraamiset mikrotoimilaitteet ovat uudentyyppisiä puolijohdetoimilaitteita, jotka on valmistettu käyttämällä käänteistä pietsosähköistä vaikutusta. Niitä käytetään laajasti korkean teknologian aloilla, kuten tarkkuusoptiikassa, mikromekaniikassa, mikroelektroniikassa ja tietokonesovelluksissa. Nämä sovellukset edellyttävät, että pietsosähköiset keraamiset laitteet ovat pieniä, alhainen käyttöjännite, suuri siirtymä ja integrointi. Aiemmin yksittäisen keraamisen kalvon paksuus on vaikuttanut monikerroksisiin pietsosähköisiin keraamisiin mikrotoimilaitteisiin, jotka on muodostettu yhdistämällä pietsosähköistä keraamia liiman kanssa. Rajoitus (On melko vaikeaa valmistaa keraamista monoliittia, jonka paksuus on 200 μm tai vähemmän), laitetta ei voi pienentää ja integroida, ja liima laitteessa, koska laite tuottaa sähkökentän vaikutuksesta suuren virumisen, mikä ei edistä siirtymän säädön tarkkuutta, varsinkin laite, joka on pitkän ajan vaikutuksesta korkeasta sähkökentästä putoamiseen. Pietsorengashitsauskomponenttien levy, mikä aiheuttaa laitteen suorituskyvyn heikkenemisen ja jopa laitteen murtumisilmiön, mikä lyhentää laitteen käyttöikää, tuo suuria etuja sovellukselle. Viime vuosina pietsokeramiikan vihreää valuprosessia ja valetun pietsokeramiikkavihreän kalvon ja sisäisen elektrodikeraamisen mikrotoimilaitteen (MMPA) yhteispolttotekniikkaa käyttämällä saatu monikerroksinen siru pietsosähköinen keramiikka on uudentyyppinen toiminnallinen keraaminen laite, joka soveltuu erinomaisesti laajamittaiseen tuotantoon. Tällä monikerroksisella sirulaitteella on helppo valmistaa alle 100 μm:n kalvon paksuus valuprosessin ansiosta. Polton jälkeen pietsokeraamiset kerrokset liimataan suoraan sisäiseen elektrodiin ilman liimausta. Siksi laite voidaan pienentää ja pienentää, myös laitteen virumiskyky paranee huomattavasti ja keraamisten kerrosten välinen kerrostumisilmiö paranee huomattavasti. Se selviää tehokkaasti, mikä parantaa huomattavasti laitteen käyttöikää. Tässä artikkelissa kerrotaan monikerroksisesta sirutyypistä ja korkeasta lyijy-PZT-järjestelmän paineesta, joka on valmistettu käyttämällä keraamivalutekniikkaa ja keraamisen vihreän kalvon / metallin sisäisen elektrodin yhteispolttotekniikkaa. Tämä on ensimmäinen kerta sähkökeraamisen mikrotoimilaitteen käyttöön tässä maassa. Tämä artikkeli tutkii pääasiassa tämän laitteen staattisia ja dynaamisia siirtymäominaisuuksia.
Monikerroksisen sirun pietsosähköisen keraamisen mikrotoimilaitteen valmistusprosessin on käytävä läpi 10 pääprosessivaihetta: ensin valmistetaan pehmeä PZT:n kolmijakoinen pietsosähköinen keraaminen jauhe, jolla on suuri pietsosähköinen jännityskerroin, elektronisen pietsokeramiikan valmistusprosessilla. Molekyylikaava on xPb(Zn1/3Nb2/3)O3+yPbZrO3+zPbTiO3,(PZN-PZ-PT), (x+y+z=1),
Sitten pzt-keraaminen jauhe ja orgaaninen lisäaine sekoitetaan tasaisesti tietyssä kiintoaine/neste-suhteessa tasaisen keraamisen lietteen saamiseksi, ja keraaminen liete valetaan valukoneen suppiloon valua varten. Ja orgaaninen kantajanopeus valmistaa yhtenäinen, tiheä, valettu vihreä kalvo, jolla on tietty paksuus. Valettu vihreä kalvo lävistetään tietyn muotoiseksi pzt-keraamiksi vihreäksi kalvoksi, jossa on kuvio elektrodipastalla, ja sitten elektrodeilla painettu keraaminen vihreä kalvo asetetaan erityiseen muottiin ja laminoidaan tietyssä järjestyksessä, jotta saadaan monikerroksinen pietsokeramiikka. Kun useiden monikerroksisten keraamisten laitteiden monikerroksinen runko on leikattu laitteen aktiivisen alueen koon mukaan, laita ne puhtaaseen Al2O3-upokkaan ja pakkaa ne hitaasti yhteen. Monikerroksisen sirulaitteen kaksi päätä on päällystetty ulkoisilla Ag-elektrodeilla, 650 C hopeapoltettu, korkean lämpötilan polarisaatio (polarisaatioaika 30min, sähkökenttä 40, lämpötila 4001 V / 40 C). Konvektiopaksu kalvo ja korkean lämpötilan sisäinen elektrodi, ja lopulta saatiin monikerroksinen pietsosähköinen keraaminen mikrotoimilaite, jonka aktiivinen alue on 5 mm × 6 mm ja kokonaispaksuus 2 mm (pietsosähköinen keraaminen kerros on 35 kerrosta, jokainen kerros on 47 μm paksu ja ylä- ja alapinnan kerrokset ovat noin 120 μm).
Pietsosähköinen jännityskerroin d33 Pietsokeraamiset komponentit mitattiin Kiinan tiedeakatemian akustiikan instituutissa. Monikerroksisen laitteen mikroalueen mikrorakennetta tarkkailtiin Kiinan tiedeakatemian instrumenttitehtaan valmistamalla pyyhkäisyelektronimikroskoopilla (SEM). Sähkökeraamisen mikrotoimilaitteen siirtymäarvo testataan valmistetulla DGS-6 digitaalisen näytön induktanssitesterillä. Resoluutio on 0,01 μm. Dynaaminen siirtymä testataan yhdellä lasersäteellä doppel-ilmiön periaatteen mukaisesti. Resoluutio on 0,005 μm.
Pietsosähköiseen keramiikkaan kohdistuu jatkuva ulkoinen rasitus, kun jännite kohdistetaan kahteen pintaan, jotka ovat kohtisuorassa sen paksuussuuntaan (polarisaatiosuuntaan) nähden, ja kun otetaan huomioon vain pietsosähköinen muodonmuutos lineaariseen muodonmuutokseen, voidaan pietsosähköisestä yhtälöstä tietää, että paine.Sähkökeramiikan siirtymä Δll ilmaistaan pituussuunnassa.
Missä d33 on pietsosähköinen jännityskerroin, V on käytetty jännite ja t on keraamisen monoliitin paksuus. Yhtälö osoittaa, että kun käytetty jännite on muutoksen määrä, pietsosähköisen levyn siirtymä paksuussuunnassa ja pietsosähköinen .Vähennyskerroin d33 on verrannollinen käytettyyn jännitteeseen V, eikä sillä ole mitään tekemistä paksuuden kanssa; kuitenkin, kun käytettyä sähkökenttää muutetaan, laitteen synnyttämä siirtymä ei ole vain verrannollinen pietsosähköiseen kertoimeen d33 ja sähkökenttään, vaan myös verrannollinen paksuuteen Se on verrannollinen. Voidaan nähdä, että pietsosähköisen keramiikan siirtyminen paksuussuunnassa liittyy pietsosähköisen keramiikan valitsemaan siirtokäytön toimintatapaan. Kun käytetään, kaksi tekijää, käytetty jännite ja sähkökenttä, tulee ottaa huomioon samanaikaisesti. Sovellus lähellä hajoavaa sähkökenttää; samalla käyttöjännitteen tulee olla mahdollisimman pieni ja siirtymän tulee olla mahdollisimman suuri.
Laitteessa, jossa on tietty jännite, keraamisen levyn paksuuden vähentäminen voi saavuttaa laitteen koon pienentämisen paksuuden suunnassa. Siksi, kun monikerroksinen pietsokeraaminen levy on kytketty mekaanisesti sarjaan, kytketty sähköisesti rinnan ja pietsokeraaminen kerros yhdessä, viereisen pietsokeraamisen muuntimen polarisaatiosuunta ottaa käänteisen rakenteen. Tällä tavalla, kun monikerroksiseen pietsosähköiseen keraamiseen mikroelementtiin kytketään käyttöjännite, sen pituussuuntainen siirtymä on päällekkäin, mikä voidaan ilmaista .
Missä N on pietsokeraamisten laminaattien lukumäärä, eli monikerroksisen pietsosähköisen keraamisen mikrotoimilaitteen siirtymä kasvaa N kertaa verrattuna yhteen pietsosähköisen keraamisen palaan. Kuitenkin, kun siirtymä perustuu kunkin pietsosähköisen keraamisen levyn kohdistamaan sähkökenttään Kun muutoksen määrä on, yhtälö (2) voidaan ilmaista .
Missä t on kunkin pietsosähköisen keramiikkakerroksen paksuus ja l on monikerroksisen laitteen kokonaispaksuus. Vertaamalla yhtälöiden (3) ja (1) lausekkeita voidaan havaita, että milloin on monikerroksisen laitteen kokonaispaksuus. Kun paksuus t on sama, kaksi yhtälöä ovat samat, mikä osoittaa, että kun monikerroksisen laitteen kunkin pietsosähköisen keraamisen kappaleen käyttämä sähkökentän voimakkuus on sama kuin yksittäisen pietsosähköisen keraamisen kappaleen, näiden kahden siirtymämäärä on yhtä suuri. Käytetty jännite on N kertaa pienempi kuin monoliittisen pietsosähköisen keraamisen.
Yllä olevasta analyysistä voidaan nähdä, että vaikka monoliittisella pietsosähköisellä keramiikalla voidaan saavuttaa myös mikronimittakaavainen siirtymä lisäämällä kalvon paksuutta, käytettävän käyttöjännitteen on oltava tuhansia voltteja, mikä ei edistä käyttöä. Muutoksen määränä sillä on kaksi erilaista toimintoa, jotka lisäävät siirtymän määrää ja pienentävät käyttöjännitettä. Varsinkin kun monikerroksinen laite pitää sähkökentän vakiona, kokonaispaksuutta voidaan kasvattaa lisäämällä laitteen kerrosten määrää. Siksi sitä sovelletaan käytännössä. Kun monikerroksisilla laitteilla ei ole vain suurempi siirtymä, vaan ne voivat myös vähentää tehokkaasti käyttöjännitettä.
kokonaispaksuus on 2 mm (pietsosähköinen keraaminen kerros on 35 kerrosta, jokainen kerros on 47 μm paksu ja ylä- ja alapintakerros ovat kumpikin noin 120 μm paksuja), joka on valmistettu keraamisen aihiokalvon valuprosessilla ja keraamisen / metallin sisäisen elektrodin yhteispolttotekniikalla. Kuvan valkoiset yhdensuuntaiset raidat ovat metallisia sisäelektrodeja, joiden välissä on pzt-keraamiset kerrokset. Siinä voidaan havaita monia usean mikronin kokoisia huokosia piezo keraaminen rengas . Tämä johtuu keraamisesta valusta. Orgaaniset materiaalit, kuten sideaineet ja pehmittimet, vievät tietyn osan vihreässä kalvossa. Kun keramiikka/sisäiset elektrodit yhteispoltetaan, näiden kalvojen orgaanisten materiaalien haihtuminen aiheuttaa monia suuria huokosia pzt-keraamiseen kerrokseen. Nämä huokoset ovat kuitenkin PZT-sarjassa. Pzt-keraamikerroksen sähkömekaaniset ominaisuudet eivät vaikuta vakavasti valettu keraaminen levy. Tämä tulos on periaatteessa yhdenmukainen valumenetelmällä valmistetun PBNN-jäykän pietsosähköisen keramiikan sähkömekaanisen kertoimen kanssa. Siksi voidaan katsoa, että valumenetelmällä saadun pietsokeramiikan sähkömekaaniset parametrit ovat periaatteessa samat kuin kuivapuristusmenetelmällä keraamisen levyn.
