Pietsokeraamisen anturin materiaalikoostumusanalyysi

Nykyään pietsokeramiikkaa on käytetty laajalti elektroniikka-, kemian-, sotilas- ja muilla aloilla niiden korkean kovuuden, lujuuden, erinomaisen korroosionkestävyyden ja eristysominaisuuksien vuoksi. Koska pietsokeramiikan ja raaka-aineiden koostumukset ovat avaintekijöitä suorituskyvyn määrittämisessä, keramiikan ja raaka-aineiden sisällön reaaliaikainen havaitseminen ja valvonta on erittäin tärkeää korkean suorituskyvyn keramiikan valmistuksessa. Perinteiset pietsokeraamiset
analyysimenetelmät eivät pysty täyttämään nopean havaitsemisen vaatimusta monimutkaisten prosessiensa ja aikaa vievien menetelmiensä vuoksi. Tässä opinnäytetyössä laserkoetinteknologialla analysoitiin alumiinioksidikeramiikan ja niiden raaka-aineiden koostumuksia nopean, reaaliaikaisen ja monielementtiominaisuuksien vuoksi.

 Itse kehitetyn laserkoetinkoneen perusteella analysoitiin alumiinioksidikeramiikan koostumukset kvalitatiivisesti. Kahdeksan erilaista pääasiallista korkean intensiteetin fokusoidut pietsot ja niille ominaiset spektriviivat tunnistettiin ilmakehässä ja kokeelliset parametrit optimoitiin.Tulokset osoittavat, että plasmasignaaleja paremmalla S/N-suhteella näytteen pinnan alapuolella, pulssienergia voidaan saada 3 mm:n defokusoidulla etäisyydellä, aikaviiveellä ja 1500 Pa:n paineella argonissa.

 Lisäksi A10-vapaiden radikaalien molekyylien spektrihienoja havaitaan laserin vuorovaikutuksessa alumiinioksidikeramiikan kanssa. Sen muoto ja kehitys Pzt 5a -materiaalista pietsokeramiikka, jossa on aikaviive ja energiasyitä, keskusteltiin, mikä tarjoaa referenssejä muihin molekyylispektrilinjoihin lasersondin avulla.

 Lopuksi raaka-aineiden Mg, K, Ca, Fe, Na ja Ti pietsoelementit ultraäänilangalliset keraamiset levyt analysoitiin kvantitatiivisesti lasersondilla sisäisen kalibrointimenetelmän perusteella. Tulokset osoittavat, että kaikki kalibrointikäyrien lineaarisesti riippuvat kertoimet saavuttavat 0,94 mm. Lisäksi spektrin intensiteetti, stabiilisuus ja lineaarinen korrelaatio ovat kalibrointikäyrien kerroin, jotka ovat kaikki parannettua tekniikkaa, jossain määrin standardinäytteen kuumentamisen jälkeen. Tärkeää on, että lasersondilla on sama analyysitaso kuin EDXRF:llä (Energy Dispersive X-Ray Fluorescence), mutta se on huonompi kuin kemiallinen analyysimenetelmä. Erityisesti Mg:n, K:n ja Ca:n keraamisten pääelementtien kohdalla lasersondin tunnistustarkkuus on parempi kuin EDXRF:n.

Laser-anturitekniikka, laser-indusoitu rikkispektroskopia (Laser-Induced breakdown spectroscopy,LIES-tekniikka on nimetty monista periaatteellisista yhtäläisyyksistään elektronisten koetinanalysaattoreiden kanssa. Perusperiaatteena on suuri tiheys pietsosähköisten materiaalien akustista pietsometriä käytetään analyytin virittämiseen, plasman tuottamiseen ja spektrometrin avulla plasmaan. Kehossa olevien atomien ja ionien energiasiirtymän ominaisspektrit analysoidaan ja kunkin pietsosähköisen alkuaineen tyypeistä ja sisällöistä saadaan analyysimenetelmät. Brech raportoi vuonna 1962 ensimmäisen kerran mahdollisuudesta laserkoettimella kiintoainekaasupitoisuuden määrittämiseksi vuosikymmeninä nestemäisten elementtien pitoisuuksissa. Tämä tekniikka on ollut huomion kohteena uudenlaisena mittausmenetelmänä.