Bagaimana cara menentukan apakah bahan keramik piezoelektrik cocok untuk peralatan ultrasonik?

1. Konstanta dielektrik harus moderat

Biasanya konstanta dielektrik adalah 10 hingga 1000. Jika konstanta dielektrik terlalu besar akan menyebabkan sambungan langsung antar elektroda interdigital; jika konstanta dielektrik terlalu kecil, impedansinya akan terlalu besar dan tidak mudah untuk dicocokkan. Koneksi antara sirkuit dan perangkat. Di antara keramik piezoelektrik komponen tunggal, kecuali BaTiO3, yang memiliki konstanta dielektrik 1700, sistem PbTiO3 dan PbNb2O6 berukuran kecil, sekitar 200, dan dapat digunakan dengan baik sebagai bahan piezoelektrik pada permukaan transduser ultrasonik. Konstanta dielektrik bahan keramik piezoelektrik biner dan multikomponen lainnya transduser rentang ultrasonik adalah 200-1000, yang hanya memenuhi persyaratan konstanta dielektrik sedang.

 

 

2. Melalui pemrosesan, permukaan bagus yang cocok untuk pembuatan elektroda interdigital dapat diperoleh.

Bahan kristal tunggal sangat padat dan permukaannya ideal setelah pemrosesan selanjutnya seperti pemotongan dan pemolesan. transduser keramik piezoelektrik biasanya terbuat dari bahan bubuk dengan komposisi berbeda. Setelah serangkaian perawatan, bahan tersebut disinter pada suhu tinggi, sehingga ukuran butiran dan ukuran porinya menjadi indikator utama bahan keramik piezoelektrik yang digunakan dalam perangkat gelombang permukaan ultrasonik. Ini tidak hanya menentukan kehalusan material, tetapi juga menentukan frekuensi pengoperasian perangkat.

 

Frekuensi pengoperasian perangkat gelombang permukaan ultrasonik bergantung pada lebar batang interdigital transduser interdigital, yang mengharuskan dimensi L permukaan instrumen ultrasonik setidaknya lebih kecil dari lebar transduser interdigital. Untuk mereduksi pantulan gelombang bunyi digunakan transduser sub jari yaitu tiap jari λ/8 dan lebar tiap jari hanya 51um. Untuk mencegah pori-pori dan butiran material mempengaruhi batang jari logam, ukuran pori-pori dan butiran harus minimal kurang dari 3 μm. Oleh karena itu, untuk mendapatkan permukaan yang baik dan cocok untuk pembuatan elektroda interdigitasi, butiran kristal dan pori-pori bahan keramik piezoelektrik harus dibuat sekecil mungkin.

 

3. Redaman transmisi gelombang permukaan ultrasonik harus kecil

Redaman permukaan ultrasonik wPenularan  ini berhubungan dengan sifat fisik dan keadaan permukaan bahan keramik piezoelektrik itu  sendiri. Jika pori-pori dan butiran terlalu besar, kerugian hamburan akan terjadi, sedangkan redaman juga akan disebabkan oleh kerugian gesekan selama getaran antar butiran. Oleh karena itu, selain proses perawatannya juga harus ditentukan oleh pemilihan bahan.

 

4. Koefisien kopling elektromekanis harus setinggi mungkin untuk meningkatkan efisiensi konversi elektromekanis

Koefisien kopling elektromekanis mencerminkan efisiensi konversi antara energi mekanik dan energi listrik bahan piezoelektrik. Ini adalah indikator yang sangat penting. Hal ini tidak hanya berkaitan erat dengan elastisitas, sifat dielektrik dan sifat piezoelektrik bahan, tetapi juga memiliki hubungan erat dengan mode getaran yang berbeda. Untuk meningkatkan efisiensi konversi, semakin besar koefisien kopling elektromekanis, semakin baik. Hal ini juga mengurangi kehilangan energi selama pemrosesan sinyal. Umumnya koefisien kopling elektromekanis bahan keramik piezoelektrik relatif besar, sehingga mudah dilakukan pada keramik piezoelektrik.

 

5. Konsistensi dan pengulangan yang lebih baik

Saat perangkat diproduksi secara massal, perbedaan kinerja antara material yang sama atau area lokal dari kumpulan material yang sama harus kecil agar perangkat dapat bekerja dengan baik. Hal ini mempunyai pengaruh yang kecil pada kristal tunggal piezoelektrik karena konsistensi dan pengulangan bahan kristal tunggal piezoelektrik yang lebih baik, namun pengaruhnya lebih besar pada bahan keramik piezoelektrik. Faktor utama yang mempengaruhi dispersi bahan adalah dispersi bahan baku, penyimpangan penimbangan bahan, pengendalian suhu dan waktu sintering. Ketika penyimpangan karakteristik utama (seperti kecepatan suara) mencapai 1%, hal ini tidak dapat diterima untuk peralatan produksi massal, sehingga lebih ketat menjadi kurang dari 0,1%.