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Visualizzazioni: 2 Autore: Editor del sito Orario di pubblicazione: 2020-03-16 Origine: Sito
I microattuatori piezoelettrici in ceramica sono attuatori a stato solido di nuovo tipo realizzati utilizzando l'effetto piezoelettrico inverso. Sono ampiamente utilizzati in campi ad alta tecnologia come l'ottica di precisione, la micromeccanica, la microelettronica e le applicazioni informatiche. Queste applicazioni richiedono che i dispositivi ceramici piezoelettrici siano piccoli, con bassa tensione di pilotaggio, grande spostamento e integrazione. In passato, i microattuatori ceramici piezoelettrici multistrato formati legando la ceramica piezoelettrica con un adesivo venivano influenzati dallo spessore del singolo diaframma ceramico. Limitazione (è piuttosto difficile realizzare un monolitico ceramico con uno spessore di 200 μm o inferiore), il dispositivo non può essere miniaturizzato e integrato e l'adesivo nel dispositivo, poiché il dispositivo genera un ampio scorrimento sotto l'azione di un campo elettrico, che non è favorevole alla precisione del controllo dello spostamento, in particolare il dispositivo sotto l'azione di un campo elettrico elevato per lungo tempo, l'adesivo è facile cadere dal fogli di componenti per saldatura ad anello piezoelettrico , causando il deterioramento delle prestazioni del dispositivo e persino il fenomeno della frattura del dispositivo, riducendo la durata del dispositivo, apportando grandi vantaggi all'applicazione. Negli ultimi anni, la ceramica piezoelettrica a chip multistrato ottenuta utilizzando il processo di fusione verde della piezoceramica e la tecnologia di co-combustione del film verde piezoceramico fuso e il micro-attuatore ceramico a elettrodo interno (MMPA) è un nuovo tipo di dispositivo ceramico funzionale con prestazioni eccellenti adatto per la produzione su larga scala. Con questo dispositivo a chip multistrato è facile produrre uno spessore del film inferiore a 100 μm grazie al processo di fusione. Dopo la cottura, gli strati piezoceramici vengono incollati direttamente all'elettrodo interno senza necessità di incollaggio. Pertanto, il dispositivo può essere miniaturizzato e miniaturizzato, anche le prestazioni di scorrimento del dispositivo sono notevolmente migliorate e il fenomeno di stratificazione tra gli strati ceramici è notevolmente migliorato. Viene efficacemente superato, il che migliora notevolmente la durata del dispositivo. Questo articolo riporta un tipo di chip multistrato e un sistema PZT ad alta pressione di piombo realizzato utilizzando la tecnologia di fusione ceramica e la tecnologia di co-combustione con film verde ceramico/elettrodo interno metallico. Questa è la prima volta per un microattuatore ceramico elettrico in questo paese. Questo articolo studia principalmente le caratteristiche di spostamento statico e dinamico di questo dispositivo.
Il flusso del processo per la preparazione di un microattuatore ceramico piezoelettrico con chip multistrato deve passare attraverso 10 fasi principali del processo: in primo luogo, una polvere ceramica piezoelettrica ternaria morbida PZT con un grande coefficiente di deformazione piezoelettrica viene preparata mediante un processo di preparazione elettronico della ceramica piezoelettrica. La formula molecolare è xPb(Zn1/3Nb2/3)O3+yPbZrO3+zPbTiO3,(PZN-PZ-PT), (x+y+z=1),
Quindi, la polvere ceramica pzt e l'additivo organico vengono miscelati uniformemente in un certo rapporto solido/liquido per ottenere un impasto ceramico uniforme, e l'impasto ceramico viene colato in una tramoggia su una macchina di colata per la colata. E la velocità del vettore organico per preparare una pellicola verde uniforme, densa e colata con un certo spessore. La pellicola verde colata viene punzonata in una pellicola verde ceramica pzt di una certa forma e un modello con una pasta per elettrodi modellata, quindi la pellicola verde ceramica stampata con elettrodi viene posizionata in uno stampo speciale e laminata in un certo ordine per ottenere una ceramica piezoelettrica multistrato. Dopo aver tagliato il corpo multistrato di più dispositivi ceramici multistrato in base alle dimensioni dell'area attiva del dispositivo, inserirli in un crogiolo Al2O3 puro e imballarli lentamente insieme. Le due estremità del dispositivo chip multistrato sono ricoperte con elettrodi esterni Ag, argento bruciato a 650 C, polarizzazione ad alta temperatura (tempo di polarizzazione 30 minuti, campo elettrico 4000 V/mm, temperatura 140 C). Film spesso di convezione ed elettrodo interno ad alta temperatura e infine ottenuto un micro-attuatore ceramico piezoelettrico con chip multistrato con un'area attiva di 5 mm × 6 mm e uno spessore totale di 2 mm (lo strato ceramico piezoelettrico è di 35 strati, ciascuno strato ha uno spessore di 47 μm e gli strati superficiali superiore e inferiore hanno uno spessore di circa 120 μm).
Il coefficiente di deformazione piezoelettrica d33 del I componenti in ceramica piezoelettrica sono stati misurati dall'Istituto di Acustica dell'Accademia Cinese delle Scienze. La microstruttura micro-area del dispositivo multistrato è stata osservata con un microscopio elettronico a scansione (SEM) prodotto dalla fabbrica di strumenti dell'Accademia cinese delle scienze. Il valore di spostamento del microattuatore elettrico in ceramica viene testato dal tester di induttanza del display digitale DGS-6 prodotto. La risoluzione è 0,01 μm. Lo spostamento dinamico viene testato da un singolo raggio laser secondo il principio dell'effetto doppel. La risoluzione è 0,005μm.
Per una ceramica piezoelettrica sono soggetti a sollecitazione esterna costante, quando una tensione viene applicata a due superfici perpendicolari alla sua direzione di spessore (direzione di polarizzazione), e considerando solo la deformazione piezoelettrica a deformazione lineare, si può sapere dall'equazione piezoelettrica che la pressione. Viene espresso lo spostamento Δll della ceramica elettrica nella direzione dello spessore longitudinale.
Dove d33 è il coefficiente di deformazione piezoelettrica, V è la tensione applicata e t è lo spessore del monolite ceramico. L'equazione mostra che quando la tensione applicata è la quantità di cambiamento, lo spostamento del foglio piezoelettrico nella direzione dello spessore e del piezoelettrico. Il coefficiente di deformazione d33 è proporzionale alla tensione applicata V e non ha nulla a che fare con lo spessore; tuttavia, quando il campo elettrico applicato cambia, lo spostamento generato dal dispositivo non è solo proporzionale al coefficiente piezoelettrico d33 e al campo elettrico, ma anche proporzionale allo spessore. Si può vedere che lo spostamento della ceramica piezoelettrica nella direzione dello spessore è correlato alla modalità di funzionamento dell'azionamento dello spostamento selezionato dalla ceramica piezoelettrica. Durante l'applicazione, è necessario considerare contemporaneamente i due fattori della tensione applicata e del campo elettrico. Applicazione in campo elettrico quasi guasto; allo stesso tempo, la tensione di lavoro dovrebbe essere la più bassa possibile e lo spostamento dovrebbe essere il più ampio possibile.
Per un dispositivo con una certa tensione applicata, la riduzione dello spessore del foglio ceramico può raggiungere lo scopo di ridurre le dimensioni del dispositivo nella direzione dello spessore. Pertanto, quando il foglio piezoceramico multistrato è collegato meccanicamente in serie, collegato elettricamente in parallelo e lo strato piezoceramico insieme, la direzione di polarizzazione del trasduttore piezoceramico adiacente assume la struttura inversa. In questo modo, quando al microdriver ceramico piezoelettrico multistrato viene applicata una tensione operativa, si sovrappone il suo spostamento longitudinale, che può essere espresso .
Dove N è il numero di laminati ceramici piezoelettrici, ovvero lo spostamento del microattuatore ceramico piezoelettrico multistrato viene ampliato di N volte rispetto a un singolo pezzo di ceramica piezoelettrica. Tuttavia, quando lo spostamento è basato sul campo elettrico applicato da ciascun foglio ceramico piezoelettrico. Quando l'entità della variazione è, è possibile esprimere l'equazione (2).
Dove t è lo spessore di ciascuno strato di ceramica piezoelettrica e l è lo spessore totale del dispositivo multistrato. Confrontando le espressioni delle equazioni (3) e (1), si trova che quando è lo spessore totale del dispositivo multistrato. Quando lo spessore t è lo stesso, le due equazioni sono le stesse, il che indica che quando l'intensità del campo elettrico applicato da ciascun pezzo di ceramica piezoelettrica del dispositivo multistrato è uguale a quella di un singolo pezzo di ceramica piezoelettrica, la quantità di spostamento dei due è uguale. La tensione applicata è N volte inferiore a quella di una ceramica piezoelettrica monolitica.
Dall'analisi di cui sopra si può vedere che sebbene la ceramica piezoelettrica monolitica possa anche raggiungere uno spostamento su scala micrometrica aumentando lo spessore del film, la tensione di lavoro applicata deve essere di migliaia di volt, il che non è favorevole all'applicazione. Come quantità di cambiamento, ha due diverse funzioni: amplificare la quantità di spostamento e ridurre la tensione operativa. Soprattutto quando il dispositivo multistrato mantiene il campo elettrico costante, lo spessore totale può essere aumentato aumentando il numero di strati del dispositivo. Pertanto, è praticamente applicato. Quando i dispositivi multistrato non solo hanno uno spostamento maggiore, ma possono anche ridurre efficacemente la tensione operativa.
lo spessore totale è di 2 mm (lo strato ceramico piezoelettrico è di 35 strati, ciascuno strato ha uno spessore di 47 μm e gli strati superficiali superiore e inferiore hanno ciascuno uno spessore di circa 120 μm), che viene preparato mediante il processo di fusione del film vuoto di ceramica e la tecnologia di co-combustione dell'elettrodo interno in ceramica/metallo. Le strisce parallele bianche nell'immagine sono elettrodi interni metallici con strati ceramici pzt tra gli elettrodi interni. Si possono osservare molti pori con una dimensione di diversi micron anello in ceramica piezoelettrica . Ciò è dovuto alla fusione in ceramica. I materiali organici come leganti e plastificanti occupano una certa proporzione nella pellicola verde. Quando la ceramica/gli elettrodi interni vengono co-cotti, la volatilizzazione dei materiali organici in queste pellicole provoca molti pori di grandi dimensioni nello strato ceramico pzt. Tuttavia, questi pori si trovano nella serie PZT. Le caratteristiche elettromeccaniche dello strato ceramico pzt non sono seriamente influenzate nel foglio ceramico colato. Questo risultato è sostanzialmente coerente con il coefficiente elettromeccanico delle ceramiche piezoelettriche rigide PBNN preparate con il metodo di fusione. Si può quindi ritenere che i parametri elettromeccanici della piezoceramica ottenuta con il metodo della colata siano sostanzialmente gli stessi della lastra ceramica con il metodo della pressatura a secco.
