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Processo del trasformatore trasduttore ceramico piezoelettrico

Visualizzazioni: 11 Autore: Editor del sito Orario di pubblicazione: 2019-09-04 Origine: Sito

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La produzione e la ricerca di materiali ceramici piezoelettrici per trasformatori piezoelettrici ad alta potenza Nella ricerca sui materiali ceramici piezoelettrici, la ricerca cinese è relativamente arretrata. Secondo le statistiche, nei sei anni dal 1997 al 2002, tra gli oltre 60 brevetti pubblicati in Cina per le ceramiche piezoelettriche e le loro applicazioni, ce n'erano circa 50, di cui solo quasi 80. Ci sono 2 articoli in Corea e solo 4 articoli in Cina, di cui solo uno dovrebbe essere applicato ai trasformatori piezoelettrici. Negli ultimi anni, sebbene nessun’altra società straniera abbia presentato brevetti sulla ricerca e sull’applicazione di materiali ceramici piezoelettrici in Cina, questi possono essere utilizzati per produrre ceramiche piezoelettriche basate su PZT per trasformatori ceramici piezoelettrici ad alta potenza. Può essere utilizzato per produrre trasformatori piezoelettrici con potenza di uscita superiore a 30 W. È stato applicato con successo alle lampade fluorescenti per l'uso quotidiano. Il Pz24 di Ferroperm basato su PZT è stato applicato con successo anche a trasduttori ad alta potenza. Sebbene nel nostro paese alcuni istituti di ricerca abbiano utilizzato materiali piezoelettrici basati su materiali NEC per preparare trasformatori piezoelettrici con potenza di uscita inferiore a quella bassa (ma la situazione della ricerca e dell'applicazione della ceramica piezoelettrica non è ancora ottimistica.

Poiché i trasformatori ceramici piezoelettrici multistrato sono facili da ottenere miniaturizzazione e potenza elevata, alcuni ricercatori in patria e all'estero spesso adottano la struttura multistrato nella ricerca dei trasformatori piezoelettrici. La struttura più semplice del trasformatore ceramico piezoelettrico multistrato di tipo Rosen può essere considerata come il processo composito e semplificato nella direzione dello spessore mediante una pluralità di trasformatori ceramici piezoelettrici di tipo rosen monopezzo. L'estremità di ingresso viene alternativamente laminata e sparata da a disco ceramico piezoelettrico e un materiale dell'elettrodo, che inevitabilmente comporta un problema di co-combustione tra il materiale ceramico piezoelettrico e il materiale dell'elettrodo. Allo stato attuale, molti materiali piezoceramici PZT per trasformatori piezoelettrici presentano un problema di temperatura eccessivamente elevata (> 11000°C). Nella produzione di trasformatori ceramici piezoelettrici multistrato, è necessario utilizzare una percentuale maggiore di materiali elettrodici contenenti metalli preziosi. Nella produzione di trasformatori piezoelettrici, il costo dei materiali degli elettrodi rappresenta circa 2/3 del costo totale. Pertanto, al fine di ridurre i costi di produzione, il materiale piezoelettrico del trasformatore piezoelettrico è fondamentale, ma le prestazioni antiossidanti del metallo base ad alta temperatura sono estremamente scarse. A causa della semplicità e dell’economia del processo, la maggior parte dei produttori di dispositivi piezoelettrici in Cina attualmente utilizza la sinterizzazione in atmosfera ossidante durante la produzione. Quando la temperatura di sinterizzazione è superiore a 1100° C, il metallo base come il Ni si ossida facilmente, il che aumenta la resistenza di contatto tra l'elettrodo e il materiale ceramico e ha una grande influenza negativa sul dispositivo. Nella situazione attuale, ci sono due modi per la 'metallizzazione del rutenio' degli elettrodi del dispositivo piezoelettrico: in primo luogo, a condizione che le prestazioni del dispositivo non siano influenzate, la temperatura di sinterizzazione del materiale piezoceramico utilizzato viene opportunamente ridotta, riducendo così la corrente domestica. La quantità di metallo prezioso piezoceramico viene utilizzata nel materiale degli elettrodi ampiamente argento; la seconda è l'accurata 'metallizzazione del rutenio' adottata, che viene sinterizzato in atmosfera riducente. La realizzazione della seconda via per l'attuale produzione cinese di ceramiche piezoelettriche elettroniche, la difficoltà è molto grande. Poiché la maggior parte degli attuali impianti di produzione di ceramica elettronica della Cina, l'uso di un'atmosfera ossidante del forno a gradini. Realizzare una sinterizzazione riduttiva significa una sostanziale sostituzione dell'attrezzatura originale, il che è ovviamente insostenibile per la produzione di ceramiche piezoelettriche in Cina, che inizia in ritardo. Pertanto, ottenere una combustione di bassa qualità è una delle direzioni di ricerca dei materiali per trasformatori piezoelettrici ad alta potenza. Tale prestazione dei materiali senza piombo esistenti non è soddisfacente. Sebbene nel campo della ricerca piezoelettrica, l’uso di materiali senza piombo per sostituire i materiali PT o PZT esistenti sia la tendenza futura ed è difficile da realizzare a breve termine a causa delle condizioni scientifiche e tecnologiche esistenti. Allo stesso tempo, Qm e Kp dei materiali PZT puri sono una coppia di fattori reciprocamente restrittivi, uno elevato e l'altro deve essere basso. Pertanto, nel campo della ricerca sui materiali piezoelettrici ad alta potenza, gli occhi dei ricercatori sono concentrati principalmente sul manato di piombo lantanio (PMS), sul nimanato di piombo (PMN), sul niobato di piombo e zinco (PZN) e su altri componenti e PZT. Ricerca su sistemi ternari, quaternari o multivariati. Dagli esempi sopra riportati, si può vedere che i ceramici piezoelettrici ad alta potenza hanno le seguenti caratteristiche in termini di composizione: i componenti principali dei ceramici piezoelettrici ad alta potenza sono principalmente PZT e il rapporto Zr/Ti è vicino al confine quasi-omofase. Ciò è dovuto principalmente all'esistenza di un confine quasi omofase tra il complesso ferroelettrico rilassato e il piezo PZT. A causa dell'esistenza di un confine di fase quasi omogeneo, esiste un ampio spazio di regolazione per la selezione e la progettazione della composizione e delle prestazioni del materiale. I nuovi risultati della ricerca sul confine quasi-omofase mostrano anche che C20-221: esiste una fase ferroelettrica monoclina al confine quasi-omofase e l'asse polare della fase ferroelettrica monoclina può trovarsi tra di loro. In qualsiasi direzione, in modo che nel materiale della composizione vicino al confine quasi-omofase, la deflessione del dominio durante la polarizzazione sia più semplice e le proprietà piezoelettriche del materiale vicino al confine quasi-omofase siano ottimali. Poiché la temperatura di curie dei ferroelettrici rilassati è relativamente bassa, come ad esempio: Pb (Z n, /3Nb2/3), la sua Tc = 1400C, quindi per garantire che il materiale abbia una temperatura Tc più elevata, il contenuto di PZT in questi sistemi è più elevato.

Componenti ad alta potenza vengono aggiunti sopra il componente principale, come PMS, PMN, PZ N, ecc. Inoltre, gli elementi piezoelettrici contenuti in questi componenti di addizione modificati tendono ad avere sia funzioni di 'donatore' che di 'accettore'. È noto dalla conoscenza della piezoelettricità che l'elemento drogante viene aggiunto al PZT nello stato donatore, il che promuove la generazione di posti vacanti cationici, che è benefico per la rotazione del dominio durante la polarizzazione, e il materiale diventa 'morbido'; altrimenti, se l'elemento piezoelettrico drogante entra nel PZT nello stato promuove la generazione di posti vacanti di ossigeno e non favorisce la rotazione dei domini, e il materiale PZT è relativamente duro. Alla fine, a causa del diverso drogaggio, le proprietà del materiale si presentano in due distinte varianti. Inoltre, anche il corretto drogaggio 'morbido' o 'duro' dei materiali a base di PZT contribuirà alle proprietà anti-invecchiamento complessive del materiale. Si tratta di un confronto tra le proprietà della ceramica 'morbida' e della ceramica 'dura'. Dal confronto, possiamo vedere che quando si prepara ceramica piezoelettrica ad alta potenza, la ceramica PZT viene semplicemente drogata con elementi 'donatori' o 'accettori'. Varie, è difficile soddisfare i requisiti di 'doppio alto' e 'doppio basso' per i materiali piezoelettrici ad alta potenza. Pertanto, è necessario un 'su due fronti', ovvero la modifica del drogaggio del PZT (incluso l''elemento additivo principale' - un elemento piezoelettrico drogante aggiunto sotto forma di ferroelettrico rilassante e un 'elemento aggiuntivo' aggiunto in forma ossidata. Quando l'elemento piezoelettrico è drogato, una certa quantità di elementi piezoelettrici con effetti di drogaggio donatore e accettore vengono incorporati in un determinato rapporto, in modo che il materiale raggiunga le migliori prestazioni nell'interazione dei due droganti effetti Come negli esempi sopra elencati, l'elemento 'aggiunta ausiliaria' o la combinazione di Ni manganese, Nie Zinco e Bismuto Manganese. Inoltre, quando è necessario apportare una modifica separata alle proprietà 'morbide' o 'dure' del materiale durante il processo di ricerca, è anche possibile selezionare alcuni elementi come Ming. Tale traccia a volte può anche impedire la crescita dei grani di cristallo durante la sinterizzazione e le prestazioni possono essere ottimizzate quando si effettuano più drogaggi. il sensore piezoceramico sia abbinato correttamente. Inoltre, la corretta selezione degli elementi 'principale' e 'ausiliari' può anche formare una fase liquida di transizione in combinazione con piombo durante il processo di sinterizzazione della porcellana, in modo che il materiale possa essere sinterizzato in porcellana a una temperatura inferiore per abbassare la temperatura di sinterizzazione.

Attraverso l'analisi di cui sopra, sono disponibili i seguenti principi per la selezione e la progettazione di materiali per trasformatori ceramici piezoelettrici ad alta potenza:

(1) Il materiale del componente principale è selezionato da PZT per garantire che il materiale abbia un'elevata . Si può finalmente garantire che la temperatura abbia un ampio intervallo di temperature di funzionamento per il trasformatore piezoelettrico;
(2) Il rapporto Zr/Ti del componente principale dovrebbe essere selezionato vicino al confine quasi-omofase per garantire una buona attività piezoelettrica del materiale;
(3) Formare un materiale multicomponente per regolare e migliorare il materiale utilizzando un materiale ferroelettrico rilassato o un elemento piezoelettrico avente sia una funzione di drogaggio 'donatore' che una funzione di 'accettore' come elemento 'ausiliario' o un terzo o quarto componente. Si tratta di prestazioni complete
(4) 'elementi ausiliari', come argento e antimonio, opportunamente selezionati possono prevenire la crescita di grani di cristallo durante la sinterizzazione, il che è utile per ottenere ceramiche a grana fine e migliorare le prestazioni complessive dei materiali.