Berita

Anda di sini: Rumah / Berita / Asas Seramik Piezoelektrik / Faktor kualiti mekanikal seramik piezoelektrik Qm dan kestabilan suhunya

Faktor kualiti mekanikal seramik piezoelektrik Qm dan kestabilan suhunya

Pandangan: 160 Pengarang: Editor Tapak Masa Terbitan: 2019-10-10 Asal: tapak

Tanya

Seramik piezoelektrik telah menduduki sebahagian besar dalam bidang bahan elektronik dan telah digunakan secara meluas. Untuk aplikasi seramik piezoelektrik yang berbeza, keperluan untuk parameter piezoelektrik juga berbeza. Sebagai contoh, dalam transduser kuasa - liter Pada pengubah piezoelektrik, nisbah rangsangan peranti adalah berkadar dengan faktor kualiti mekanikal Qm bahan PZT. Bahan piezoelektrik dengan nilai Qm tinggi mempunyai nisbah rangsangan yang tinggi dan kecekapan kerja yang lebih baik, tetapi dalam kawasan suhu rendah, nilai Qm mudah rosak. Akibatnya, nisbah rangsangan dikurangkan, kecekapan kerja pengubah dikurangkan, dan kestabilan prestasi terjejas. Bahan seramik piezoelektrik mempunyai nilai Qm yang besar dan kestabilan suhu yang baik boleh menstabilkan prestasi peranti dalam penggunaan transduser kuasa. Untuk meningkatkan kecekapan kerja dan meluaskan skop kerja. Sebaliknya, jika anda ingin meningkatkan lebar jalur, anda perlu menurunkan nilai Qm. Oleh itu, untuk memahami sifat fizikal Qm, terokai lagi faktor yang mempengaruhi kestabilan dan saiz suhu Qm. Dalam amalan, nilai Qm bahan piezoelektrik boleh diselaraskan, dan kestabilan suhu boleh dipertingkatkan, dengan itu memenuhi keperluan yang berbeza bagi transduser cakera bulat piezo dan mengembangkan julat aplikasi.

Sifat dan perwatakan Qm

Nilai Qm faktor kualiti mekanikal mencirikan tenaga yang digunakan oleh badan piezoelektrik untuk mengatasi geseran dalaman semasa resonans. Ia ditakrifkan sebagai: Qm = 2π .Tenaga mekanikal yang disimpan dalam penggetar semasa resonans menyamakan tenaga kehilangan mekanikal penggetar setiap minggu. Nilai faktor Qm mencerminkan kehilangan mekanikal bahan piezoelektrik. Semakin kecil kehilangan mekanikal, semakin besar nilai Qm. Apabila mengira nilai Qm bahan, formula anggaran berikut digunakan untuk gambar rajah litar setara penggetar piezoelektrik:
Qm = 1/ 4π( C0 + C1) R1Δf ,

Di mana C0 ialah kemuatan statik bagi rod kuarza kristal piezoceramic , R1 ialah rintangan setara bagi resonans penggetar, C1 ialah kapasitans dinamik penggetar, dan Δf ialah perbezaan antara frekuensi resonan fr penggetar dan frekuensi antiresonans fa. Secara amnya, kaedah talian penghantaran digunakan. Δf, R1, dsb. diperoleh, dan kemudian Qm dikira. Daripada fungsi tenaga bebas termodinamik, sumber fizikal nilai Qm dibincangkan, dan formula diperolehi: dan nilai Q-1m disahkan secara eksperimen adalah berkadar dengan kehilangan dielektrik. Di samping itu, dalam eksperimen berdasarkan ini, nilai Qm dinyatakan secara kuantitatif sebagai fungsi jumlah caj ruang dan kerintangan isipadu, dan formula empirik diperolehi: Qm = (800 lgρ - 7 500) { ( Ps - Pi) / Ps - 0. 2} + 250. Di mana ρ ialah nilai keberhasilan pukal, Ps kepolaran bagi kerintangan. nilai polarisasi ditentukan pada gelung histerisis yang diperolehi serta-merta selepas medan elektrik berselang-seli digunakan, ( Ps - Pi) / Ps adalah setara dan jumlah cas ruang. Apabila ( Ps - Pi) / Ps ≥0. 2 , ρ ≥109Ω·cm, ia adalah dalam persetujuan yang baik dengan keputusan eksperimen. Secara teori dan eksperimen, intipati dan pencirian Qm telah dijalankan. Perbincangan yang mendalam. Ini membantu kami mengkaji lebih lanjut saiz Qm dan kestabilan suhunya.

Pengukuran untuk meningkatkan nilai Qm dan kestabilan suhu

Laraskan nisbah bahan

Sejak tahun 1960-an, berdasarkan bahan seramik piezoelektrik PZT, bahan seramik piezoelektrik terner dan kuaternari telah dibangunkan dan dikaji. Didapati bahawa bahan berbilang komponen bukan sahaja boleh mendapatkan tekanan yang unggul. Sifat elektrik dan kestabilan suhu adalah lebih baik. Bahan seramik berasaskan PZT di sempadan kuasi-homofasa, disebabkan oleh zon peralihan fasa tetragonal ferroelektrik kepada peralihan fasa tiga pihak feroelektrik, kelonggaran struktur kekisi, polarisasi spontan adalah mudah untuk menghidupkan aktiviti piezoelektrik pada masa yang sama, kehilangan mekanikal meningkat, nilai Qm adalah kecil dan kestabilan adalah tidak baik. Oleh itu, nisbah bahan yang berbeza boleh dipilih mengikut keperluan pelbagai peranti piezoelektrik. Sebagai contoh, bahan yang memerlukan Qm tinggi dipilih untuk ditinggalkan. Untuk rumusan bahan di sempadan, jika kestabilan suhu Qm diperlukan, adalah perlu untuk memilih formula bahan di kawasan fasa berhampiran sempadan fasa kuasi-homogen.

Pengubahsuaian doping
Selain menukar nisbah sistem binari, terner dan kuaterner, nilai Qm bagi Cakera seramik piezo bahan PZT boleh diperbaiki sedikit sebanyak, dan doping dalam komponen utama bahan boleh meningkatkan lagi sifat bahan, termasuk magnitud dan kestabilan suhu nilai Qm. Dalam kajian sifat piezoelektrik bahan PZT keras dengan doping mangan, didapati Mn boleh melaraskan nilai Qm akibat perubahan valens dalam Mn. Di samping itu, dalam sistem kuaternari Pb ( Mg1/ 3Nb2/ 3) (Mn1/ 3Nb2/ 3) bahan piezoelektrik TiZrO3 didop dengan jumlah tertentu CeO2, dan sisihan relatif maksimum Qm boleh diperolehi dalam julat -20-55 °C (berbanding dengan nilai Qm) | δ( Qm) m | menurun daripada 42 % kepada 33 %; offset relatif maksimum bagi formulasi tertentu hampir tidak berubah apabila Sr didop. Doping dalam Pb (Mn1/ 3Sb2/ 3) bahan O3 Sn meningkatkan kestabilan suhu rendah Qm. Terdapat dua hujah untuk doping yang menerangkan kestabilan suhu Qm. Dikatakan bahawa kemerosotan sifat elektrik bahan piezoelektrik selalunya disebabkan oleh retakan mikro di dalam bahan. Disebabkan oleh pertumbuhan. Selepas doping memasuki kekisi kristal, tegasan mampatan dalaman dijana, yang menghalang pertumbuhan mikrocracks sedikit sebanyak. Untuk mengelakkan peningkatan rintangan resonans bahan dan memastikan kestabilan suhu Qm. Satu lagi cara untuk mengatakan bahawa struktur bahan perubahan doping termasuk saiz butiran, keadaan sempadan butiran, pemalar kekisi, ketumpatan, dll., menghasilkan sifat fizikal makroskopik. dengan itu meningkatkan variasi suhu nilai Qm. Biasanya menambah bahan tambahan keras seperti Eu, Yb, Al2O3, MgO, dan lain-lain untuk meningkatkan nilai Qm; sambil menambah bahan tambahan lembut seperti Nb2O5, La2O3, Ta2O5, dll., menurunkan nilai Qm, Dan kestabilan suhu nilai Qm adalah lebih baik daripada doping keras.

Pengoptimuman Proses
Proses penyediaan bahan seramik piezo, terutamanya penyediaan, pengkalsinan, pensinteran dan polarisasi tiruan serbuk, secara langsung mempengaruhi ketumpatan, saiz butiran dan sifat piezoelektrik sampel. Pada masa ini, kestabilan suhu Qm bertambah baik daripada proses penyediaan. Terdapat kesukaran tertentu, tetapi saiz Qm diselaraskan daripada proses penyediaan. Ramai penyelidik telah terlibat. Sebagai contoh, Cr3 + ion doped Pb (Mn1/ 3Nb2 / 3) TiZrO3 seramik sangat sensitif kepada suhu pensinteran, Apabila suhu pensinteran meningkat, sifat piezoelektrik menjadi keras. Oleh itu, nilai Qm boleh dikawal secara fleksibel dengan menukar suhu pensinteran. Kawasaki membandingkan doping dengan penyediaan serbuk konvensional melalui doping suntikan haba. Dibincangkan bahawa beberapa ion kekotoran seperti Fe3 + akan meningkatkan nilai Qm dengan kaedah suntikan haba, manakala beberapa ion seperti Cr3 + mengurangkan nilai Qm. Proses ini dioptimumkan untuk menyediakan bahan seramik dengan prestasi cemerlang, iaitu melaraskan nilai Qm.

Secara teorinya, nisbah bahan dan pengubahsuaian doping dikaji. Dalam amalan, penambahbaikan proses adalah untuk melaraskan nilai Qm bahan seramik piezoelektrik dan meningkatkan kestabilan suhu, supaya bahan seramik piezoelektrik boleh diperolehi dengan lebih meluas. Kaedah aplikasi yang berkesan.