Language
Pregleda: 2 Autor: Urednik stranice Vrijeme objave: 2020-03-16 Porijeklo: stranica
Piezoelektrični keramički mikro-aktuatori novi su tip krutih aktuatora napravljenih korištenjem inverznog piezoelektričnog učinka. Naširoko se koriste u područjima visoke tehnologije kao što su precizna optika, mikromehanika, mikroelektronika i računalne aplikacije. Ove primjene zahtijevaju da piezoelektrični keramički uređaji budu mali, nizak pogonski napon, veliki pomak i integracija. U prošlosti je na višeslojne piezoelektrične keramičke mikroaktivatore formirane lijepljenjem piezoelektrične keramike ljepilom utjecala debljina pojedinačne keramičke dijafragme. Ograničenje (prilično je teško napraviti keramički monolit s debljinom od 200 μm ili manje), uređaj se ne može minijaturizirati i integrirati, a ljepilo u uređaju jer uređaj generira veliko puzanje pod djelovanjem električnog polja, što ne pogoduje preciznosti kontrole pomaka, posebno ako je uređaj pod djelovanjem visokog električnog polja dugo vremena, ljepilo se lako skida s ploče komponenata za zavarivanje piezo prstenom , uzrokujući pogoršanje performansi uređaja, pa čak i pojavu loma uređaja, skraćujući radni vijek uređaja, donoseći velike prednosti primjeni. Posljednjih godina višeslojna piezoelektrična keramika dobivena korištenjem procesa zelenog lijevanja piezokeramike i tehnologije zajedničkog pečenja zelenog filma lijevane piezokeramike i keramičkog mikroaktivatora s unutarnjom elektrodom (MMPA) nova je vrsta funkcionalnog keramičkog uređaja s izvrsnim performansama pogodnim za proizvodnju velikih razmjera. Ovaj uređaj s višeslojnim čipom lako je proizvesti sloj debljine manje od 100 μm zahvaljujući postupku lijevanja. Nakon pečenja, piezo keramički slojevi izravno se lijepe na unutarnju elektrodu bez potrebe za lijepljenjem. Stoga se uređaj može minijaturizirati i minijaturizirati, performanse puzanja uređaja također su uvelike poboljšane, a fenomen slojevitosti između keramičkih slojeva uvelike je poboljšan. Učinkovito se prevladava, što uvelike produžuje životni vijek uređaja. Ovaj članak izvješćuje o višeslojnom tipu čipa i visokom pritisku olova u PZT sustavu napravljenom upotrebom tehnologije keramičkog lijevanja i tehnologije zajedničkog pečenja keramičkog zelenog filma/metalne unutarnje elektrode. Ovo je prvi put za električni keramički mikro-aktuator u ovoj zemlji. Ovaj rad uglavnom proučava statičke i dinamičke karakteristike pomaka ovog uređaja.
Tijek procesa za pripremu višeslojnog čip piezoelektričnog keramičkog mikro-aktuatora treba proći kroz 10 glavnih procesnih koraka: prvo, mekani PZT ternarni piezoelektrični keramički prah s velikim koeficijentom piezoelektrične deformacije priprema se elektronskim postupkom pripreme piezo keramike. Molekularna formula je xPb(Zn1/3Nb2/3)O3+yPbZrO3+zPbTiO3,(PZN-PZ-PT), (x+y+z=1),
Zatim se pzt keramički prah i organski aditiv jednolično miješaju u određenom omjeru krutina/tekućina kako bi se dobila ujednačena keramička kaša, a keramička kaša se lijeva u lijevku na stroju za lijevanje za lijevanje. I brzina organskog nosača za pripremu ravnomjernog, gustog, lijevanog zelenog filma određene debljine. Lijevani zeleni film se buši u pzt keramički zeleni film određenog oblika, a uzorak se zalijepi elektrodom uzorka, a zatim se keramički zeleni film otisnut elektrodama stavlja u poseban kalup i laminira određenim redoslijedom kako bi se dobila višeslojna piezo keramika. Nakon rezanja višeslojnog tijela višeslojnih keramičkih uređaja u skladu s veličinom aktivnog područja uređaja, stavite ih u čisti Al2O3 lončić i polako ih spakirajte zajedno. Dva kraja višeslojnog uređaja s čipom prekrivena su Ag vanjskim elektrodama, 650 C spaljeno srebrom, polarizacija na visokoj temperaturi (vrijeme polarizacije 30 min, električno polje 4000 V / mm, temperatura 140 C). Konvekcijski debeli film i visokotemperaturna unutarnja elektroda, te je konačno dobiven višeslojni piezoelektrični keramički mikroaktivator s aktivnim područjem od 5 mm × 6 mm i ukupnom debljinom od 2 mm (piezoelektrični keramički sloj ima 35 slojeva, svaki sloj je debeo 47 μm, a gornji i donji površinski slojevi su debljine oko 120 μm).
Koeficijent piezoelektrične deformacije d33 Piezo keramičke komponente izmjerio je Institut za akustiku Kineske akademije znanosti. Mikropodručna mikrostruktura višeslojnog uređaja promatrana je skenirajućim elektronskim mikroskopom (SEM) proizvedenim od strane Tvornice instrumenata Kineske akademije znanosti. Vrijednost pomaka električnog keramičkog mikropokretača ispituje se proizvedenim ispitivačem induktiviteta s digitalnim zaslonom DGS-6. Rezolucija je 0,01 μm. Dinamički pomak se ispituje jednom laserskom zrakom prema principu doppel efekta. Rezolucija je 0,005 μm.
Za piezoelektričnu keramiku podložna je konstantnom vanjskom naprezanju, kada se napon primjenjuje na dvije površine okomito na njezin smjer debljine (smjer polarizacije), a uzimajući u obzir samo piezoelektričnu deformaciju u linearnu deformaciju, iz piezoelektrične jednadžbe može se znati da je tlak. Izražen je pomak Δll električne keramike u uzdužnom smjeru debljine.
Gdje je d33 koeficijent piezoelektrične deformacije, V je primijenjeni napon, a t je debljina keramičkog monolita. Jednadžba pokazuje da kada je primijenjeni napon količina promjene, pomak piezoelektrične ploče u smjeru debljine i piezoelektrični . Koeficijent deformacije d33 proporcionalan je primijenjenom naponu V i nema nikakve veze s debljinom; međutim, kada se primijenjeno električno polje promijeni, pomak koji generira uređaj nije samo proporcionalan piezoelektričnom koeficijentu d33 i električnom polju, već je proporcionalan i debljini. Proporcionalan je. Može se vidjeti da je pomak piezoelektrične keramike u smjeru debljine povezan s načinom rada pogona pomaka odabranog od strane piezoelektrične keramike. Kada se primjenjuje, dva faktora primijenjenog napona i električnog polja treba uzeti u obzir istovremeno. Primjena u električnom polju blizu proboja; u isto vrijeme, radni napon treba biti što je moguće niži, a pomak treba biti što veći.
Za uređaj s određenim primijenjenim naponom, smanjenjem debljine keramičke ploče može se postići svrha smanjenja veličine uređaja u smjeru debljine. Stoga, kada je višeslojna piezokeramička ploča mehanički spojena u seriju, električno spojena paralelno, a piezokeramički sloj zajedno, smjer polarizacije susjednog piezokeramičkog pretvornika ima obrnutu strukturu. Na ovaj način, kada se višeslojni piezoelektrični keramički mikropokretač primijeni s radnim naponom, njegov se uzdužni pomak superponira, što se može izraziti.
Gdje je N broj piezo keramičkih laminata, to jest, pomak višeslojnog piezoelektričnog keramičkog mikroaktivatora je povećan za N puta u usporedbi s jednim komadom piezoelektrične keramike. Međutim, kada se pomak temelji na električnom polju koje primjenjuje svaka piezoelektrična keramička ploča. Kada je količina promjene jednaka, jednadžba (2) se može izraziti.
Gdje je t debljina svakog sloja piezoelektrične keramike, a l ukupna debljina višeslojnog uređaja. Uspoređujući izraze jednadžbi (3) i (1), može se pronaći kada je ukupna debljina višeslojnog uređaja. Kada je debljina t ista, dvije jednadžbe su iste, što znači da kada je intenzitet električnog polja kojeg primjenjuje svaki piezoelektrični keramički komad višeslojnog uređaja isti kao kod jednog komada piezoelektrične keramike, iznos pomaka ta dva je jednak. Primijenjeni napon je N puta niži od napona monolitne piezoelektrične keramike.
Iz gornje analize može se vidjeti da, iako monolitna piezoelektrična keramika također može postići pomak mikronskih razmjera povećanjem debljine filma, primijenjeni radni napon treba biti tisuće volti, što nije pogodno za primjenu. Kao količina promjene, ima dvije različite funkcije pojačanja količine pomaka i smanjenja radnog napona. Osobito kada višeslojni uređaj održava električno polje konstantnim, ukupna debljina se može povećati povećanjem broja slojeva uređaja. Stoga se praktično primjenjuje. Kada višeslojni uređaji ne samo da imaju povećani pomak, već također mogu učinkovito smanjiti radni napon.
ukupna debljina je 2 mm (piezoelektrični keramički sloj ima 35 slojeva, svaki sloj je debeo 47 μm, a svaki gornji i donji površinski sloj debljine su oko 120 μm), koji se priprema postupkom lijevanja keramičkog slijepog filma i tehnologijom zajedničkog pečenja keramičkih/metalnih unutarnjih elektroda. Bijele paralelne pruge na slici su metalne unutarnje elektrode s pzt keramičkim slojevima između unutarnjih elektroda. U njemu se mogu uočiti mnoge pore veličine nekoliko mikrona piezo keramički prsten . To je zbog keramičkog lijevanja. Organski materijali kao što su veziva i plastifikatori zauzimaju određeni udio u zelenom filmu. Kada se keramika/unutarnje elektrode spaljuju zajedno, isparavanje organskih materijala u ovim filmovima uzrokuje mnoge velike pore u sloju pzt keramike. Međutim, ove pore su u PZT seriji. Elektromehaničke karakteristike pzt keramičkog sloja nisu ozbiljno pogođene u lijevanoj keramičkoj ploči. Ovaj rezultat je u osnovi u skladu s elektromehaničkim koeficijentom PBNN krute piezoelektrične keramike pripremljene metodom lijevanja. Stoga se može smatrati da su elektromehanički parametri piezo keramike dobivene metodom lijevanja u osnovi isti kao i kod keramičke ploče metodom suhog prešanja.
