Come determinare se il materiale ceramico piezoelettrico è adatto per apparecchiature a ultrasuoni?

1. La costante dielettrica dovrebbe essere moderata

Solitamente la costante dielettrica è compresa tra 10 e 1000. Se la costante dielettrica è troppo grande, causerà un accoppiamento diretto tra gli elettrodi interdigitali; se la costante dielettrica è troppo piccola, l'impedenza sarà troppo grande e non sarà facile adattarla. Connessione tra un circuito e un dispositivo. Tra i ceramici piezoelettrici monocomponente, ad eccezione del BaTiO3, che ha una costante dielettrica di 1700, il sistema PbTiO3 e PbNb2O6 sono entrambi piccoli, circa 200, e possono essere ben utilizzati come materiali piezoelettrici sulla superficie dei trasduttori ultrasonici. La costante dielettrica di altri materiali ceramici piezoelettrici binari e multicomponente La gamma del trasduttore a ultrasuoni è 200-1000, che soddisfa solo i requisiti di costante dielettrica media.

 

 

2. Attraverso la lavorazione è possibile ottenere una buona superficie adatta alla realizzazione di elettrodi interdigitali.

I materiali monocristallini sono molto densi e la superficie è ideale dopo le lavorazioni successive come il taglio e la lucidatura. i trasduttori piezoelettrici in ceramica sono solitamente realizzati con materiali in polvere con diverse composizioni. Dopo una serie di trattamenti, viene sinterizzato ad alta temperatura, quindi la sua granulometria e la dimensione dei pori sono i principali indicatori dei materiali ceramici piezoelettrici utilizzati nei dispositivi a onde superficiali ad ultrasuoni. Non solo determina la levigatezza del materiale, ma determina anche la frequenza operativa del dispositivo.

 

La frequenza operativa del dispositivo ad onde superficiali ad ultrasuoni dipende dalla larghezza dell'asta interdigitale del trasduttore interdigitale, il che richiede che la dimensione L della superficie dello strumento ad ultrasuoni sia almeno inferiore alla larghezza del trasduttore interdigitale. Per ridurre la riflessione delle onde sonore, viene utilizzato un trasduttore sub-dito, ovvero ciascun dito è λ/8 e la larghezza di ciascun dito è di soli 51um. Per evitare che i pori e i grani del materiale influenzino le aste metalliche, la dimensione dei pori e dei grani deve essere almeno inferiore a 3 μm. Pertanto, per ottenere una buona superficie adatta alla realizzazione di elettrodi interdigitati, è necessario che i grani cristallini e i pori dei materiali ceramici piezoelettrici siano quanto più piccoli possibile.

 

3. L'attenuazione della trasmissione dell'onda superficiale ultrasonica dovrebbe essere piccola

L'attenuazione della superficie ultrasonica wLa  trasmissione dell'aria è correlata alle proprietà fisiche e allo stato superficiale del materiale ceramico piezoelettrico stesso  . Se i pori e i grani sono troppo grandi, verranno indotte perdite per dispersione, mentre l’attenuazione sarà causata anche dalle perdite per attrito durante la vibrazione tra i grani. Pertanto, oltre al trattamento del processo, questo deve essere determinato anche dalla scelta dei materiali.

 

4. Il coefficiente di accoppiamento elettromeccanico deve essere il più elevato possibile per migliorare l'efficienza di conversione elettromeccanica

Il coefficiente di accoppiamento elettromeccanico riflette l'efficienza di conversione tra energia meccanica ed energia elettrica dei materiali piezoelettrici. Questo è un indicatore molto importante. Non solo è strettamente correlato all'elasticità, alle proprietà dielettriche e alle proprietà piezoelettriche dei materiali, ma ha anche una stretta relazione con diverse modalità di vibrazione. Per migliorare l'efficienza di conversione, maggiore è il coefficiente di accoppiamento elettromeccanico, meglio è. Ciò riduce anche le perdite di energia durante l'elaborazione del segnale. In generale, il coefficiente di accoppiamento elettromeccanico dei materiali ceramici piezoelettrici è relativamente elevato, quindi questo è facile per le ceramiche piezoelettriche.

 

5. Migliore coerenza e ripetibilità

Quando il dispositivo viene prodotto in serie, la differenza di prestazioni tra lo stesso materiale o aree locali dello stesso lotto di materiale dovrebbe essere minima affinché il dispositivo possa funzionare correttamente. Ciò ha scarso effetto sui monocristalli piezoelettrici a causa della migliore consistenza e ripetibilità dei materiali monocristallini piezoelettrici, ma l'influenza è maggiore sui materiali ceramici piezoelettrici. I principali fattori che influenzano la dispersione dei materiali sono la dispersione delle materie prime, la deviazione della pesatura degli ingredienti, il controllo della temperatura e del tempo di sinterizzazione. Quando la deviazione delle caratteristiche chiave (come la velocità del suono) raggiunge l'1%, è già inaccettabile per la produzione di massa di apparecchiature, quindi è più rigoroso essere inferiore allo 0,1%.