Piezoelektrični keramički mehanički faktor kvalitete Qm i njegova temperaturna stabilnost

Vrijednost mehaničkog faktora kvalitete Qm karakterizira energiju koju troši piezoelektrično tijelo za prevladavanje unutarnjeg trenja tijekom rezonancije. Definira se kao: Qm = 2π. Mehanička energija pohranjena u vibratoru tijekom rezonancije rezonira s energijom mehaničkog gubitka vibratora po tjednu. Vrijednost faktora Qm odražava mehanički gubitak piezoelektričnog materijala. Što je manji mehanički gubitak, veća je vrijednost Qm. Kada se izračunava vrijednost Qm materijala, koristi se sljedeća približna formula za ekvivalentni dijagram strujnog kruga piezoelektričnog vibratora:
Qm = 1/ 4π( C0 + C1) R1Δf,

Gdje je C0 statički kapacitet piezokeramička kristalna kvarcna šipka , R1 je ekvivalentni otpor rezonancije vibratora, C1 je dinamički kapacitet vibratora, a Δf je razlika između rezonantne frekvencije fr vibratora i antirezonantne frekvencije fa. Općenito se koristi metoda dalekovoda. Dobiju se Δf, R1 itd., a zatim se izračuna Qm. Iz termodinamičke funkcije slobodne energije raspravlja se o fizičkom izvoru vrijednosti Qm i izvodi se formula: a vrijednost Q-1m se eksperimentalno potvrđuje da je proporcionalna dielektričnom gubitku. Osim toga, u eksperimentu na temelju toga, vrijednost Qm se kvantitativno izražava kao funkcija količine prostornog naboja i volumnog otpora, te se dobiva empirijska formula: Qm = (800 lgρ - 7 500) { ( Ps - Pi) / Ps - 0,2} + 250. Gdje je ρ masovni otpor materijala, Ps je polarizacija zasićenja vrijednost, a Pi je vrijednost polarizacije određena na petlji histereze dobivenoj neposredno nakon primjene izmjeničnog električnog polja, ( Ps - Pi) / Ps je ekvivalent i količina prostornog naboja. Kada je ( Ps - Pi) / Ps ≥0. 2 , ρ ≥109Ω·cm, dobro se slaže s eksperimentalnim rezultatima. I teorijski i eksperimentalno, suština i karakterizacija Qm su provedene. Detaljna rasprava. To nam pomaže u daljnjem proučavanju veličine Qm i njegove temperaturne stabilnosti.

Mjerenje za poboljšanje Qm vrijednosti i temperaturne stabilnosti

Modifikacija dopinga
Osim promjene omjera binarnih, ternarnih i kvarternih sustava, Qm vrijednost PZT materijal piezo keramički disk može se poboljšati u određenoj mjeri, a dopiranje u glavnoj komponenti materijala može dodatno poboljšati svojstva materijala, uključujući veličinu i temperaturnu stabilnost Qm vrijednosti. U proučavanju piezoelektričnih svojstava tvrdih PZT materijala dopiranjem manganom, utvrđeno je da Mn može prilagoditi vrijednost Qm zbog promjene valencije u Mn. Osim toga, u kvaternarnom sustavu Pb ( Mg1/ 3Nb2/ 3) (Mn1/ 3Nb2/ 3) piezoelektrični materijal TiZrO3 dopiran je određenom količinom CeO2, a maksimalno relativno odstupanje Qm može se postići u rasponu od -20-55 °C (u odnosu na vrijednost Qm pri 25 °C) | δ( Qm) m | smanjuje se s 42 % na 33 %; maksimalni relativni pomak određene formulacije je gotovo nepromijenjen kada je Sr dopiran. Dopiranje Pb (Mn1/ 3Sb2/ 3) O3 materijala Sn poboljšava niskotemperaturnu stabilnost Qm. Postoje dva argumenta za dopiranje koji objašnjavaju temperaturnu stabilnost Qm. Rečeno je da je pogoršanje električnih svojstava piezoelektričnih materijala često posljedica mikropukotina unutar materijala. Uzrokovan rastom. Nakon dopiranja za ulazak u kristalnu rešetku stvara se unutarnje tlačno naprezanje, koje donekle inhibira rast mikropukotina. Kako bi se izbjeglo povećanje rezonantne otpornosti materijala i osigurala temperaturna stabilnost Qm. Drugi način da se kaže da struktura materijala za promjenu dopinga uključuje veličinu zrna, stanje ruba zrna, konstantu rešetke, gustoću itd., što rezultira makroskopskim fizičkim svojstvima. čime se poboljšava temperaturna varijacija vrijednosti Qm. Obično dodavanje tvrdih aditiva kao što su Eu, Yb, Al2O3, MgO, itd. za povećanje Qm vrijednosti; dok dodavanje mekih aditiva kao što su Nb2O5, La2O3, Ta2O5, itd., snižava Qm vrijednost, a temperaturna stabilnost Qm vrijednosti bolja je od tvrdog dopinga.

Optimizacija procesa
Proces pripreme piezo keramičkih materijala, posebno priprema, kalcinacija, sinteriranje i umjetna polarizacija prahova, izravno utječe na gustoću, veličinu zrna i piezoelektrična svojstva uzoraka. Trenutno je temperaturna stabilnost Qm poboljšana procesom pripreme. Postoje određene poteškoće, ali veličina Qm se prilagođava iz procesa pripreme. Uključeni su mnogi istraživači. Na primjer, Cr3 + ionski dopirana Pb (Mn1/ 3Nb2 / 3) TiZrO3 keramika vrlo je osjetljiva na temperaturu sinteriranja. Kada se temperatura sinteriranja poveća, piezoelektrična svojstva su ojačana. Stoga se Qm vrijednost može fleksibilno kontrolirati promjenom temperature sinteriranja. Kawasaki uspoređuje dopiranje s konvencionalnim pripremanjem praha toplinskim ubrizgavanjem dopinga. Raspravlja se o tome da će neki ioni nečistoće kao što je Fe3+ povećati vrijednost Qm metodom toplinske injekcije, dok će neki ioni kao što je Cr3+ smanjiti vrijednost Qm. Proces je optimiziran za pripremu keramičkog materijala s izvrsnim performansama, što je podešavanje Qm vrijednosti.

Teorijski se proučava omjer materijala i modifikacija dopinga. U praksi, poboljšanje procesa je podešavanje Qm vrijednosti piezoelektričnog keramičkog materijala i poboljšanje temperaturne stabilnosti, tako da se piezoelektrični keramički materijal može dobiti šire. Učinkovita metoda primjene.