Language
Dilihat: 2 Penulis: Editor Situs Waktu Publikasi: 16-03-2020 Asal: Lokasi
Aktuator mikro keramik piezoelektrik adalah aktuator keadaan padat tipe baru yang dibuat menggunakan efek piezoelektrik terbalik. Mereka banyak digunakan dalam bidang teknologi tinggi seperti optik presisi, mikromekanik, mikroelektronik, dan aplikasi komputer. Aplikasi ini memerlukan perangkat keramik piezoelektrik berukuran kecil, tegangan penggerak rendah, perpindahan besar, dan integrasi. Di masa lalu, mikroaktuator keramik piezoelektrik multilayer yang dibentuk dengan mengikat keramik piezoelektrik dengan perekat telah dipengaruhi oleh ketebalan diafragma keramik tunggal. Keterbatasan (Cukup sulit untuk membuat keramik monolitik dengan ketebalan 200 μm atau kurang), perangkat tidak dapat diminiaturisasi dan diintegrasikan, dan perekat pada perangkat menyebabkan perangkat menghasilkan mulur yang besar di bawah aksi medan listrik, yang tidak kondusif untuk ketepatan kontrol perpindahan, terutama perangkat di bawah aksi medan listrik tinggi untuk waktu yang lama, perekat mudah rontok dari lembar komponen pengelasan cincin piezo , menyebabkan kinerja perangkat menurun, dan bahkan fenomena patahnya perangkat, memperpendek masa pakai perangkat, membawa manfaat besar pada aplikasi. Dalam beberapa tahun terakhir, keramik piezoelektrik chip multilayer yang diperoleh dengan menggunakan proses pengecoran hijau dari piezoceramics dan teknologi co-firing dari film hijau cast piezoceramics dan aktuator mikro keramik elektroda internal (MMPA) adalah jenis perangkat keramik fungsional baru dengan kinerja luar biasa yang cocok untuk produksi skala besar. Perangkat chip multilayer ini mudah menghasilkan ketebalan film kurang dari 100 μm karena proses pengecoran. Setelah pembakaran, lapisan keramik piezo diikat langsung ke elektroda internal tanpa memerlukan ikatan perekat. Oleh karena itu, perangkat dapat diperkecil dan diperkecil, kinerja mulur perangkat juga meningkat pesat, dan fenomena pelapisan antar lapisan keramik meningkat pesat. Hal ini diatasi secara efektif, yang sangat meningkatkan masa pakai perangkat. Artikel ini melaporkan jenis chip multilayer dan tekanan sistem PZT timbal tinggi yang dibuat dengan menggunakan teknologi pengecoran keramik dan teknologi co-firing elektroda internal keramik film hijau/logam. Ini merupakan pertama kalinya dibuat mikroaktuator keramik elektrik di Tanah Air. Makalah ini terutama mempelajari karakteristik perpindahan statis dan dinamis perangkat ini.
Alur proses pembuatan mikroaktuator keramik piezoelektrik chip multilayer perlu melalui 10 langkah proses utama: pertama, serbuk keramik piezoelektrik terner PZT lunak dengan koefisien regangan piezoelektrik yang besar dibuat dengan proses preparasi keramik piezo elektronik, Rumus molekulnya adalah xPb(Zn1/3Nb2/3)O3+yPbZrO3+zPbTiO3,(PZN-PZ-PT), (x+y+z=1),
Kemudian bubuk keramik pzt dan bahan tambahan organik dicampur secara merata dengan perbandingan padat/cair tertentu sehingga diperoleh bubur keramik yang seragam, dan bubur keramik tersebut dimasukkan ke dalam hopper pada mesin pengecoran untuk pengecoran. Dan kecepatan pembawa organik untuk menyiapkan film hijau cor yang seragam, padat, dengan ketebalan tertentu. Film hijau cor dilubangi menjadi film hijau keramik pzt dengan bentuk tertentu, dan diberi pola dengan pasta elektroda berpola, kemudian film hijau keramik yang dicetak dengan elektroda ditempatkan dalam cetakan khusus dan dilaminasi dengan urutan tertentu untuk mendapatkan keramik piezo multilayer. Setelah memotong badan multilayer dari beberapa perangkat keramik multilayer sesuai dengan ukuran area aktif perangkat, masukkan ke dalam wadah Al2O3 murni dan perlahan-lahan kemas bersama-sama. Kedua ujung perangkat chip multilayer ditutupi dengan elektroda eksternal Ag, perak 650 C terbakar, polarisasi suhu tinggi (waktu polarisasi 30 menit, medan listrik 4000V / mm, suhu 140 C). Film tebal konveksi dan elektroda internal suhu tinggi, dan akhirnya diperoleh aktuator mikro keramik piezoelektrik chip multilayer dengan luas aktif 5mm × 6mm dan ketebalan total 2mm (lapisan keramik piezoelektrik ada 35 lapisan, masing-masing lapisan tebal 47 μm dan lapisan permukaan atas dan bawah tebalnya sekitar 120 μm).
Koefisien regangan piezoelektrik d33 dari komponen keramik piezo diukur oleh Institut Akustik Akademi Ilmu Pengetahuan Tiongkok. Struktur mikro area mikro perangkat multilayer diamati dengan pemindaian mikroskop elektron (SEM) yang diproduksi oleh Pabrik Instrumen Akademi Ilmu Pengetahuan China. Nilai perpindahan aktuator mikro keramik listrik diuji dengan penguji induktansi tampilan digital DGS-6 yang diproduksi. Resolusinya adalah 0,01 μm. Perpindahan dinamis diuji dengan sinar laser tunggal sesuai dengan prinsip efek doppel. Resolusinya adalah 0,005μm.
Untuk keramik piezoelektrik dikenakan tegangan eksternal yang konstan, ketika tegangan diterapkan pada dua permukaan yang tegak lurus terhadap arah ketebalannya (arah polarisasi), dan hanya mempertimbangkan deformasi piezoelektrik ke deformasi linier, maka dapat diketahui dari persamaan piezoelektrik bahwa tekanan Perpindahan Δll keramik listrik dalam arah ketebalan memanjang dinyatakan.
Dimana d33 adalah koefisien regangan piezoelektrik, V adalah tegangan yang diberikan, dan t adalah ketebalan monolit keramik. Persamaan menunjukkan bahwa ketika tegangan yang diberikan adalah besarnya perubahan, perpindahan lembaran piezoelektrik searah ketebalan dan piezoelektrik. Koefisien regangan d33 sebanding dengan tegangan yang diberikan V dan tidak ada hubungannya dengan ketebalan; Namun, ketika medan listrik yang diterapkan diubah, perpindahan yang dihasilkan oleh perangkat tidak hanya sebanding dengan koefisien piezoelektrik d33 dan medan listrik, tetapi juga sebanding dengan ketebalannya. Terlihat bahwa perpindahan keramik piezoelektrik ke arah ketebalan berhubungan dengan mode kerja penggerak perpindahan yang dipilih oleh keramik piezoelektrik. Ketika diterapkan, kedua faktor tegangan yang diberikan dan medan listrik harus dipertimbangkan secara bersamaan. Aplikasi di bawah medan listrik yang hampir rusak; pada saat yang sama, tegangan kerja harus serendah mungkin, dan perpindahannya harus sebesar mungkin.
Untuk perangkat dengan tegangan tertentu, pengurangan ketebalan lembaran keramik dapat mencapai tujuan pengurangan ukuran perangkat ke arah ketebalan. Oleh karena itu, ketika lembaran piezoceramic multilayer dihubungkan secara mekanis secara seri, dihubungkan secara elektrik secara paralel, dan lapisan keramik piezo digabungkan, arah polarisasi transduser keramik piezo yang berdekatan mengambil struktur sebaliknya. Dengan cara ini, ketika driver mikro keramik piezoelektrik multilayer diterapkan dengan tegangan operasi, perpindahan longitudinalnya ditumpangkan, yang dapat dinyatakan.
Dimana N adalah jumlah laminasi keramik piezo, yaitu perpindahan aktuator mikro keramik piezoelektrik multilayer diperbesar N kali dibandingkan dengan sepotong keramik piezoelektrik. Namun bila perpindahannya didasarkan pada medan listrik yang diterapkan oleh masing-masing lembaran keramik piezoelektrik. Jika besar perubahannya, maka persamaan (2) dapat dinyatakan.
Dimana t adalah ketebalan setiap lapisan keramik piezoelektrik, dan l adalah ketebalan total perangkat multilayer. Membandingkan ekspresi persamaan (3) dan (1), dapat diketahui bahwa kapan adalah ketebalan total perangkat multilayer. Jika ketebalan t sama, maka kedua persamaan tersebut sama, yang menunjukkan bahwa jika intensitas medan listrik yang diterapkan oleh setiap potongan keramik piezoelektrik pada perangkat multilayer sama dengan intensitas medan listrik yang diterapkan oleh setiap potongan keramik piezoelektrik pada perangkat multilayer sama dengan yang diterapkan pada sepotong keramik piezoelektrik, maka jumlah perpindahan keduanya adalah sama. Tegangan yang diberikan adalah N kali lebih rendah dibandingkan dengan keramik piezoelektrik monolitik.
Dapat dilihat dari analisis di atas bahwa meskipun keramik piezoelektrik monolitik juga dapat mencapai perpindahan skala mikron dengan meningkatkan ketebalan film, tegangan kerja yang diterapkan harus ribuan volt, yang tidak kondusif untuk penerapannya. Sebagai besarnya perubahan, ia memiliki dua fungsi berbeda yaitu memperkuat besaran perpindahan dan mengurangi tegangan operasi. Terutama bila perangkat multilayer menjaga medan listrik tetap konstan, ketebalan total dapat ditingkatkan dengan menambah jumlah lapisan perangkat. Oleh karena itu, diterapkan secara praktis. Ketika perangkat multi-layer tidak hanya memiliki perpindahan yang diperbesar, namun juga dapat secara efektif mengurangi tegangan operasi.
ketebalan totalnya adalah 2 mm (lapisan keramik piezoelektrik ada 35 lapisan, setiap lapisan tebalnya 47 μm, dan lapisan permukaan atas dan bawah masing-masing tebalnya sekitar 120 μm), yang dibuat dengan proses pengecoran film kosong keramik dan teknologi co-firing elektroda internal keramik/logam. Garis paralel putih pada gambar adalah elektroda internal logam dengan lapisan keramik pzt di antara elektroda internal. Banyak pori-pori dengan ukuran beberapa mikron dapat diamati di dalamnya cincin keramik piezo . Hal ini disebabkan oleh pengecoran keramik. Bahan organik seperti bahan pengikat dan pemlastis menempati proporsi tertentu dalam film hijau. Ketika keramik/elektroda internal dibakar bersama, penguapan bahan organik dalam film ini menyebabkan banyak pori-pori besar pada lapisan keramik pzt. Namun pori-pori tersebut berada pada seri PZT. Karakteristik elektromekanis lapisan keramik pzt tidak terpengaruh secara serius pada lembaran keramik cor. Hasil ini pada dasarnya konsisten dengan koefisien elektromekanis keramik piezoelektrik kaku PBNN yang dibuat dengan metode pengecoran. Oleh karena itu, dapat dianggap bahwa parameter elektromekanis keramik piezo yang diperoleh dengan metode pengecoran pada dasarnya sama dengan parameter elektromekanis lembaran keramik dengan metode pengepresan kering.
