पीजोइलेक्ट्रिक सिरेमिक मैकेनिकल गुणवत्ता कारक क्यूएम और इसकी तापमान स्थिरता

यांत्रिक गुणवत्ता कारक Qm मान अनुनाद के दौरान आंतरिक घर्षण को दूर करने के लिए पीज़ोइलेक्ट्रिक बॉडी द्वारा खपत की गई ऊर्जा को दर्शाता है। इसे इस प्रकार परिभाषित किया गया है: Qm = 2π। अनुनाद के दौरान वाइब्रेटर में संग्रहीत यांत्रिक ऊर्जा प्रति सप्ताह वाइब्रेटर के यांत्रिक नुकसान की ऊर्जा को प्रतिध्वनित करती है। कारक Qm मान पीज़ोइलेक्ट्रिक सामग्री के यांत्रिक नुकसान को दर्शाता है। यांत्रिक हानि जितनी कम होगी, Qm मान उतना ही बड़ा होगा। सामग्री के Qm मान की गणना करते समय, पीज़ोइलेक्ट्रिक वाइब्रेटर के समतुल्य सर्किट आरेख के लिए निम्नलिखित अनुमानित सूत्र का उपयोग किया जाता है:
Qm = 1/ 4π(C0 + C1) R1Δf,

जहाँ C0 की स्थैतिक धारिता है पीज़ोसेरेमिक क्रिस्टल क्वार्ट्ज रॉड , R1 वाइब्रेटर अनुनाद का समतुल्य प्रतिरोध है, C1 वाइब्रेटर की गतिशील धारिता है, और Δf वाइब्रेटर की अनुनाद आवृत्ति fr और एंटीरेसोनेंट आवृत्ति fa के बीच का अंतर है। आम तौर पर, ट्रांसमिशन लाइन विधि का उपयोग किया जाता है। Δf, R1, आदि प्राप्त किए जाते हैं, और फिर Qm की गणना की जाती है। थर्मोडायनामिक मुक्त ऊर्जा फ़ंक्शन से, Qm मान के भौतिक स्रोत पर चर्चा की जाती है, और सूत्र प्राप्त किया जाता है: और Q-1m मान को ढांकता हुआ नुकसान के आनुपातिक होने के लिए प्रयोगात्मक रूप से सत्यापित किया जाता है। इसके अलावा, इसके आधार पर प्रयोग में, Qm मान को अंतरिक्ष चार्ज राशि और वॉल्यूम प्रतिरोधकता के एक फ़ंक्शन के रूप में मात्रात्मक रूप से व्यक्त किया जाता है, और अनुभवजन्य सूत्र प्राप्त होता है: Qm = (800 lgρ - 7 500) { ( Ps - Pi) / Ps - 0. 2} + 250. जहां ρ सामग्री की थोक प्रतिरोधकता है, Ps संतृप्ति ध्रुवीकरण मान है, और Pi है वैकल्पिक विद्युत क्षेत्र लागू होने के तुरंत बाद प्राप्त हिस्टैरिसीस लूप पर ध्रुवीकरण मान निर्धारित किया जाता है, (पीएस - पीआई) / पीएस समतुल्य और अंतरिक्ष चार्ज की मात्रा है। जब (पीएस - पीआई) / पीएस ≥0। 2, ρ ≥109Ω·cm, यह प्रयोगात्मक परिणामों के साथ अच्छे समझौते में है। सैद्धांतिक और प्रयोगात्मक दोनों रूप से, क्यूएम का सार और लक्षण वर्णन किया गया है। गहन चर्चा. इससे हमें Qm के आकार और इसकी तापमान स्थिरता का और अध्ययन करने में मदद मिलती है।

Qm मान और तापमान स्थिरता में सुधार के लिए माप

डोपिंग संशोधन
बाइनरी, टर्नरी और क्वाटरनरी सिस्टम के अनुपात को बदलने के अलावा, क्यूएम मान पीजेडटी सामग्री पीजो सिरेमिक डिस्क में कुछ हद तक सुधार किया जा सकता है, और सामग्री के मुख्य घटक में डोपिंग से क्यूएम मूल्य की परिमाण और तापमान स्थिरता सहित सामग्री गुणों में और सुधार हो सकता है। मैंगनीज डोपिंग द्वारा कठोर PZT सामग्रियों के पीजोइलेक्ट्रिक गुणों के अध्ययन में, यह पाया गया कि Mn, Mn में वैलेंस के परिवर्तन के कारण Qm मान को समायोजित कर सकता है। इसके अलावा, चतुर्धातुक प्रणाली में Pb (Mg1/ 3Nb2/ 3) (Mn1/ 3Nb2/ 3) TiZrO3 पीजोइलेक्ट्रिक सामग्री को CeO2 की एक निश्चित मात्रा के साथ डोप किया जाता है, और Qm का अधिकतम सापेक्ष विचलन -20-55 °C (25 °C पर Qm मान के सापेक्ष) की सीमा में प्राप्त किया जा सकता है | δ( क्यूएम) एम | 42% से घटकर 33% हो गया; जब सीनियर को डोप किया जाता है तो एक निश्चित फॉर्मूलेशन की अधिकतम सापेक्ष ऑफसेट लगभग अपरिवर्तित होती है। Pb (Mn1/ 3Sb2/ 3) O3 सामग्री Sn में डोपिंग Qm की निम्न तापमान स्थिरता में सुधार करती है। डोपिंग के लिए दो तर्क हैं जो Qm की तापमान स्थिरता की व्याख्या करते हैं। ऐसा कहा जाता है कि पीज़ोइलेक्ट्रिक सामग्रियों के विद्युत गुणों में गिरावट अक्सर सामग्री के अंदर माइक्रोक्रैक के कारण होती है। वृद्धि के कारण होता है. क्रिस्टल जाली में प्रवेश करने के लिए डोपिंग के बाद, आंतरिक संपीड़न तनाव उत्पन्न होता है, जो कुछ हद तक माइक्रोक्रैक के विकास को रोकता है। सामग्री के अनुनाद प्रतिरोध में वृद्धि से बचने और क्यूएम की तापमान स्थिरता सुनिश्चित करने के लिए। यह कहने का एक और तरीका है कि डोपिंग परिवर्तन सामग्री की संरचना में अनाज का आकार, अनाज सीमा की स्थिति, जाली स्थिरांक, घनत्व इत्यादि शामिल हैं, जिसके परिणामस्वरूप स्थूल भौतिक गुण होते हैं। जिससे Qm मान के तापमान भिन्नता में सुधार होता है। Qm मान बढ़ाने के लिए आमतौर पर Eu, Yb, Al2O3, MgO इत्यादि जैसे कठोर योजक मिलाए जाते हैं; Nb2O5, La2O3, Ta2O5 इत्यादि जैसे नरम योजक जोड़ते समय, Qm मान कम होता है, और Qm मान तापमान स्थिरता हार्ड डोपिंग से बेहतर होती है।

प्रक्रिया अनुकूलन
पीजो सिरेमिक सामग्रियों की तैयारी प्रक्रिया, विशेष रूप से पाउडर की तैयारी, कैल्सीनेशन, सिंटरिंग और कृत्रिम ध्रुवीकरण, सीधे नमूनों के घनत्व, अनाज के आकार और पीजोइलेक्ट्रिक गुणों को प्रभावित करती है। वर्तमान में, तैयारी प्रक्रिया से क्यूएम की तापमान स्थिरता में सुधार हुआ है। कुछ कठिनाइयाँ हैं, लेकिन Qm का आकार तैयारी प्रक्रिया से समायोजित किया जाता है। कई शोधकर्ता शामिल हुए हैं. उदाहरण के लिए, Cr3 + आयन डोप्ड Pb (Mn1/ 3Nb2 / 3) TiZrO3 सिरेमिक सिंटरिंग तापमान के प्रति बहुत संवेदनशील होते हैं, जब सिंटरिंग तापमान बढ़ जाता है, तो पीजोइलेक्ट्रिक गुण सख्त हो जाते हैं। इसलिए, सिंटरिंग तापमान को बदलकर Qm मान को लचीले ढंग से नियंत्रित किया जा सकता है। कावासाकी ने डोपिंग की तुलना थर्मल इंजेक्शन डोपिंग द्वारा पारंपरिक पाउडर तैयार करने से की है। चर्चा है कि कुछ अशुद्धता आयन जैसे Fe3 + थर्मल इंजेक्शन विधि द्वारा Qm मान बढ़ा देंगे, जबकि कुछ आयन जैसे Cr3 + Qm मान कम कर देंगे। उत्कृष्ट प्रदर्शन के साथ सिरेमिक सामग्री तैयार करने के लिए प्रक्रिया को अनुकूलित किया गया है, जो कि क्यूएम मूल्य को समायोजित करना है।

सैद्धांतिक रूप से, सामग्री अनुपात और डोपिंग संशोधन का अध्ययन किया जाता है। व्यवहार में, प्रक्रिया का सुधार पीजोइलेक्ट्रिक सिरेमिक सामग्री के क्यूएम मूल्य को समायोजित करना और तापमान स्थिरता में सुधार करना है, ताकि पीजोइलेक्ट्रिक सिरेमिक सामग्री को अधिक व्यापक रूप से प्राप्त किया जा सके। आवेदन का एक प्रभावी तरीका.