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Fattori che influenzano il valore Qm del fattore di qualità meccanica ceramica piezoelettrica

Visualizzazioni: 30 Autore: Editor del sito Orario di pubblicazione: 2019-10-08 Origine: Sito

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1 movimento del dominio
Nel Pb (Zr0. 52Ti0. 48)O3 Composizione ceramica piezoelettrica del materiale PZT , l'aggiunta di ossidi come La2O3, Nb2O5, ThO2 e WO3 riduce il valore Qm. Per spiegare la riduzione del Qm, ha proposto il seguente meccanismo. Quando si sostituisce Pb2 +, Ti4 +, Zr4 + nelle ceramiche PZT con uno ione metallico avente una valenza superiore a Pb2 + o Ti4 + o Zr4 + come La3 +, Nb5 +, W6 +, ecc., per mantenere le proprietà di potenza reticolare, nelle ceramiche piezoelettriche vengono generati posti vacanti di Pb. Questi posti vacanti di Pb riducono lo stress interno che ostacola la rotazione del dominio, quindi il dominio diventa facile da spostare, l'attrito interno aumenta, la perdita dielettrica aumenta e il valore Qm diminuisce. Si ritiene che il movimento della parete del dominio causi la riduzione del valore Qm. Inoltre, la formula dedotta da Yamauchi e Takahashi sa che il valore Q-1m è proporzionale alla perdita dielettrica. Una delle cause delle perdite dielettriche è il consumo di energia causato dall'isteresi di vibrazione della parete del dominio sotto l'azione del campo elettrico alternato. Pertanto, l'isteresi della vibrazione della parete del dominio provoca la perdita del mezzo, che fa diminuire il valore Qm. Pertanto, nel materiale ceramico piezoelettrico modificato a basso Qm, la difficoltà del movimento della parete del dominio corrisponde direttamente al valore Qm.

2 Carica spaziale

Quando Pb2 + , Ti4 + , Zr4 + nelle ceramiche piezoelettriche PZT vengono sostituiti da ioni metallici aventi valenza inferiore rispetto a Pb2 + o Ti4 + e Zr4 + come K+, Na + , Cr3 + , Fe3 + , il valore Qm aumenta notevolmente. Ciò può essere spiegato dall'effetto della carica spaziale sul dominio. Le ceramiche piezoelettriche PZT pure mostrano una conduzione a foro dovuta a posti vacanti di piombo, mentre gli additivi di ioni metallici positivi a bassa valenza agiscono come accettori nel corpo. L'aggiunta di uno ione metallico a basso costo aumenta notevolmente il centro negativo e i fori portanti nel corpo piezoceramico, ovvero genera una grande quantità di carica spaziale. Per eliminare il campo elettrico generato dal cambiamento discontinuo della parete del dominio, la carica spaziale carica negativamente viene concentrata nel dominio. Il terminale positivo e la carica spaziale caricata positivamente sono concentrati all'estremità negativa della parete del dominio, formando un campo di carica spaziale (Eq) che è la stessa direzione di polarizzazione del dominio. Quando viene applicato un campo elettrico esterno per ruotare il dominio, non solo superando la polarizzazione spontanea del dominio originale, ma anche superando il campo di carica spaziale Eq. Cioè, l’effetto della carica spaziale sopprime il movimento del dominio, riducendo così l’attrito interno e aumentando il valore Qm. Per stimarne la presenza nella ceramica si può osservare la quantità di carica spaziale introdotta. La definizione è il parametro della quantità di carica spaziale (Ps - Pi) / Ps per caratterizzare la quantità di carica spaziale. Il valore di ( Ps - Pi ) / Ps varia con il tipo e la quantità di impurità. Per gli additivi metallici a basso costo (additivo duro), all’aumentare della quantità di drogaggio, aumenta anche la quantità di carica spaziale, mentre la quantità di carica spaziale per gli additivi costosi (additivi morbidi) è piccola e quasi impossibile da misurare. Pertanto, la pressione di un valore Qm elevato Nella ceramica elettrica, la variazione del valore Qm è correlata alla carica spaziale. Quando la temperatura aumenta, la carica spaziale migra nel cristalli piezoceramici , che riducono l'accumulo di carica spaziale, favoriscono il movimento della parete del dominio e riducono il valore Qm. Per l'aggiunta di materiali morbidi, dovuta alla ceramica, la quantità di carica spaziale generata nel corpo è piccola e il cambiamento di temperatura fa sì che la migrazione della carica spaziale sia piccola. Pertanto, la stabilità della temperatura di Qm è generalmente superiore a quella dell'additivo duro.

3 Resistività del corpo Per materiali morbidi modificati con additivi

la resistività del volume è da 1 a 2 ordini di grandezza superiore a quella del materiale duro modificato con additivi perché una piccola quantità di drogante fornisce elettroni in eccesso. La ricombinazione delle lacune originali riduce la concentrazione delle lacune elettroniche nel corpo piezoceramico, aumentando così la resistività del volume. L'elevata resistività del volume è utile per aumentare l'intensità del campo elettrico di polarizzazione della ceramica piezoelettrica e il movimento di orientamento del dominio è più sufficiente, con conseguente aumento della perdita dielettrica e diminuzione del valore Qm. Per i materiali duri drogati con additivi, l'aumento della carica spaziale e della resistenza alla massa è accompagnato da un aumento Qm. Più bassa è la temperatura, maggiore è la resistività complessiva del materiale. È difficile migrare la carica spaziale, il movimento del dominio viene soppresso e il valore Qm diminuisce. Quando la relazione tra la resistività di volume e il valore Qm è caratterizzata quantitativamente, come descritto sopra, il valore Qm è stato espresso in funzione della quantità di carica spaziale e della resistività di volume.

4 Granulometria Granulometria grande durante il processo di polarizzazione,

lo stress di serraggio generato al confine del grano è piccolo, il materiale è facile da polarizzare, l'attrito interno è ridotto e il valore Qm è aumentato. Tuttavia, se la dimensione dei grani è troppo grande, si verificherà un gap tra i grani. Maggiore compattezza, che influisce sulle prestazioni piezoelettriche; il grano è troppo piccolo, il bordo del grano ha un forte effetto di bloccaggio sul dominio, rendendo difficile il movimento di guida del dominio, riducendo le prestazioni piezoelettriche. Pertanto, la dimensione del grano deve essere moderata. Lo studio delle ceramiche piezoelettriche ternarie Pb (Mn1/ 3Sb2/ 3)2PbTiZrO3 drogate con CeO2 mostra che, dopo l'aggiunta di CeO2, la ceramica è densa e i grani sono moderati, il che migliora la microstruttura della ceramica piezoelettrica. È stato ottenuto un materiale per motore a ultrasuoni a onde stazionarie con alta tensione e alto valore Qm.

5 Studio delle costanti reticolari
Il diagramma di fase basato su PZT si può scoprire che i materiali dei trasduttori del disco piezoelettrico determinano che la regolazione del rapporto Zr/Ti e del terzo o quarto componente causerà cambiamenti nei parametri del reticolo; inoltre, gli ioni droganti entrano nel reticolo, cristallo. Anche il parametro del reticolo cambia. Se il rapporto degli assi del cristallo aumenta c/a, al momento della polarizzazione, la polarizzazione spontanea Ps di alcune strutture è difficile da ruotare, con conseguente diminuzione delle prestazioni piezoelettriche; e la diminuzione del rapporto assiale del piezocristallo c/a rende Ps. L’inversione è facile, con conseguente aumento dell’attrito interno e diminuzione di Qm. Pertanto, per i materiali ceramici piezoelettrici a base di piombo binari o multielemento, anche i parametri del reticolo influenzano il valore Qm.

6 Modalità di vibrazione
Il valore Qm riflette il grado di perdita meccanica causata dall'attrito interno del vibratore piezoelettrico durante la risonanza. Ovviamente il valore Qm è legato alla modalità di vibrazione. Utilizza il materiale ceramico piezoelettrico PMN2PZT per fabbricare il vibratore piezoelettrico. Quando il valore Qm e la temperatura del vibratore quadruplo del giroscopio e del vibratore cilindrico sono correlati alla temperatura, si riscontra che la curva Qm del vibratore cilindrico è di circa 30 °C inferiore rispetto al vibratore tetragonale, il che significa la vibrazione tetragonale. Il valore Qm di circa 0°C corrisponde al valore Qm del vibratore cilindrico da -30 a 80°C. Pertanto, la regolazione del valore Qm può essere studiata non solo mediante la scelta della composizione del materiale, ma anche modificando la modalità di vibrazione.