Berita

Anda di sini: Rumah / Berita / Asas Seramik Piezoelektrik / Proses pengubah transduser seramik piezoelektrik

Proses pengubah transduser seramik piezoelektrik

Pandangan: 11 Pengarang: Editor Tapak Masa Terbit: 2019-09-04 Asal: tapak

Tanya

Pengeluaran dan penyelidikan bahan seramik piezoelektrik untuk transformer piezoelektrik berkuasa tinggi Dalam penyelidikan bahan seramik piezoelektrik, penyelidikan China agak mundur. Menurut statistik, dalam tempoh enam tahun 1997-2002, antara lebih daripada 60 paten yang diterbitkan di China untuk seramik piezoelektrik dan aplikasinya, terdapat kira-kira 50 aplikasi, yang mana hanya mencakupi hampir 80 daripadanya. Terdapat 2 item di Korea, dan terdapat hanya 4 item di China, yang mana hanya satu pengubah yang dijangka digunakan. Dalam beberapa tahun kebelakangan ini, walaupun tiada syarikat asing lain telah mengemukakan paten mengenai penyelidikan dan penggunaan bahan seramik piezoelektrik di China, ia boleh digunakan untuk mengeluarkan seramik piezoelektrik berasaskan PZT untuk pengubah seramik piezoelektrik berkuasa tinggi. Ia boleh digunakan untuk mengeluarkan transformer piezoelektrik dengan kuasa output melebihi 30W. Ia telah berjaya digunakan pada lampu pendarfluor untuk kegunaan harian. Pz24 berasaskan PZT Ferroperm juga telah berjaya digunakan pada transduser berkuasa tinggi. Walaupun di negara kita, beberapa institut penyelidikan telah menggunakan bahan piezoelektrik berasaskan bahan NEC untuk menyediakan transformer piezoelektrik dengan kuasa keluaran di bawah rendah (tetapi keadaan penyelidikan dan aplikasi seramik piezoelektrik masih tidak optimistik.

Memandangkan transformer seramik piezoelektrik berbilang lapisan mudah untuk mencapai pengecilan dan output kuasa tinggi, sesetengah penyelidik di dalam dan di luar negara sering menggunakan struktur berbilang lapisan dalam penyelidikan transformer piezoelektrik. Struktur pengubah seramik piezoelektrik berbilang lapis jenis Rosen yang paling mudah boleh dianggap sebagai proses komposit dan dipermudahkan dalam arah ketebalan oleh kejamakan pengubah seramik piezoelektrik jenis rosen satu keping. Hujung input dilapisi secara bergantian dan dinyalakan oleh a cakera seramik piezoelektrik dan bahan elektrod, yang tidak dapat dielakkan melibatkan masalah pembakaran bersama antara bahan seramik piezo dan bahan elektrod. Pada masa ini, banyak bahan seramik piezoelektrik PZT untuk transformer piezoelektrik mempunyai masalah suhu yang terlalu tinggi (> 11000C) dalam pengeluaran transformer seramik piezoelektrik berbilang lapisan, perlu menggunakan bahagian yang lebih tinggi daripada bahan elektrod yang mengandungi logam berharga. Dalam pengeluaran transformer piezoelektrik, kos bahan elektrod untuk kira-kira 2/3 daripada jumlah kos. Oleh itu, untuk mengurangkan kos pengeluaran, bahan piezoelektrik pengubah piezoelektrik adalah penting, tetapi prestasi anti-pengoksidaan logam asas di bawah suhu tinggi adalah sangat lemah. Disebabkan kesederhanaan dan ekonomi proses, kebanyakan pengeluar peranti piezoelektrik di China pada masa ini menggunakan pensinteran atmosfera pengoksidaan semasa pengeluaran. Apabila suhu pensinteran melebihi 1100° C, logam asas seperti Ni mudah teroksida, yang meningkatkan rintangan sentuhan antara elektrod dan bahan seramik dan mempunyai pengaruh negatif yang besar pada peranti. Dalam keadaan semasa, terdapat dua cara untuk 'pemejalanan ruthenium' elektrod peranti piezoelektrik: Pertama, dalam keadaan prestasi peranti tidak terjejas, suhu pensinteran bahan seramik piezo yang digunakan dikurangkan dengan sewajarnya, dengan itu mengurangkan .Jumlah seramik piezo logam berharga digunakan dalam bahan elektrod perak yang meluas; yang kedua ialah 'pengmetaan ruthenium' menyeluruh yang diterima pakai, yang disinter dalam suasana mengurangkan. Realisasi cara kedua untuk pengeluaran seramik piezo elektronik semasa China, kesukaran adalah sangat besar. Oleh kerana kebanyakan kilang pengeluaran seramik elektronik semasa China, penggunaan atmosfera pengoksida tanur jenis langkah. Mencapai pensinteran reduktif bermakna penggantian besar peralatan asal, yang jelas tidak dapat ditanggung untuk pengeluaran seramik piezo elektronik di China, yang mempunyai permulaan yang lewat. Oleh itu, mencapai pembakaran gred rendah adalah salah satu hala tuju penyelidikan bahan pengubah piezoelektrik berkuasa tinggi. Prestasi bahan bebas plumbum sedia ada sedemikian tidak memuaskan. Walaupun dalam bidang penyelidikan piezoelektrik, penggunaan bahan bebas plumbum untuk menggantikan bahan PT atau PZT sedia ada adalah trend masa depan, dan ia sukar dicapai dalam jangka pendek kerana keadaan saintifik dan teknologi sedia ada. Pada masa yang sama, Qm dan Kp bahan PZT tulen adalah sepasang faktor yang saling menyekat, satu tinggi dan satu lagi mesti rendah. Oleh itu, dalam bidang penyelidikan bahan piezoelektrik berkuasa tinggi, mata penyelidik kebanyakannya tertumpu pada plumbum lanthanum manate (PMS), plumbum nimanate (PMN), plumbum zink niobate (PZN) dan komponen lain dan PZT. Penyelidikan tentang sistem ternary, quaternary atau multivariate. Daripada contoh di atas, dapat dilihat bahawa seramik piezoelektrik berkuasa tinggi mempunyai ciri-ciri berikut dari segi komposisi: komponen utama seramik piezoelektrik berkuasa tinggi adalah terutamanya PZT, dan nisbah Zr/Ti adalah berhampiran sempadan kuasi-homofasa. Ini disebabkan terutamanya oleh kewujudan sempadan kuasi-homofasa antara kompleks ferroelektrik santai dan piezo PZT. Oleh kerana kewujudan sempadan fasa kuasi-homogen, terdapat ruang pelarasan yang besar untuk pemilihan dan reka bentuk komposisi dan prestasi bahan. Keputusan penyelidikan baharu mengenai sempadan kuasi-homofasa juga menunjukkan bahawa C20-221: wujud fasa ferroelektrik monoklinik pada sempadan kuasi-homofasa, dan paksi kutub fasa ferroelektrik monoklinik boleh berada di antara mereka. Dalam sebarang arah, supaya dalam bahan komposisi berhampiran sempadan kuasi-homofasa, pesongan domain semasa polarisasi adalah lebih mudah, dan sifat piezoelektrik bahan berhampiran sempadan kuasi-homofasa adalah optimum. Oleh kerana suhu curie ferroelektrik santai adalah agak rendah, seperti: Pb (Z n, /3Nb2/3), Tc = 1400C, jadi untuk memastikan bahan mempunyai suhu Tc yang lebih tinggi, kandungan PZT dalam sistem ini lebih tinggi.

Komponen kuasa tinggi ditambah di atas komponen utama, seperti PMS, PMN, PZ N, dsb. Selain itu, elemen piezo yang terkandung dalam komponen tambahan yang diubah suai ini cenderung mempunyai kedua-dua fungsi 'penderma' dan 'penerima'. Adalah diketahui dari pengetahuan piezoelektrik bahawa unsur doping ditambah kepada PZT dalam keadaan penderma, yang menggalakkan penjanaan kekosongan kation, yang memberi manfaat kepada putaran domain semasa polarisasi, dan bahan menjadi 'lembut'; sebaliknya, jika unsur piezo doping memasuki PZT di negeri ini menggalakkan penjanaan kekosongan oksigen dan tidak kondusif untuk putaran domain, dan bahan PZT agak keras. Akhirnya, disebabkan doping yang berbeza, sifat bahan berlaku dalam dua variasi yang berbeza. Di samping itu, doping 'lembut' atau 'keras' yang betul bagi bahan berasaskan PZT juga akan menyumbang kepada sifat anti-penuaan keseluruhan bahan tersebut . Ia adalah perbandingan sifat 'lembut'seramik dan 'keras'seramik. Daripada perbandingan, kita dapat melihat bahawa apabila ia menyediakan seramik piezoelektrik berkuasa tinggi, seramik PZT hanya didop dengan elemen 'penderma' atau 'penerima'. Pelbagai, adalah sukar untuk memenuhi keperluan 'double high' dan 'double low' untuk bahan piezoelektrik berkuasa tinggi. Oleh itu, adalah perlu untuk 'serampang dua mata', iaitu, pengubahsuaian doping PZT (termasuk 'elemen tambahan utama' - unsur piezo doping ditambah dalam bentuk ferroelektrik santai, dan 'elemen tambahan' ditambah dalam bentuk teroksida. Apabila unsur piezo didopkan, sejumlah kesan doping piezoorpo yang tertentu mempunyai nisbah penderma dan penerima doping tertentu yang mempunyai unsur penderma dan penerima doping tertentu. bahan mencapai prestasi terbaik dalam interaksi kedua-dua kesan doping Seperti dalam contoh yang disenaraikan di atas, elemen 'tambahan tambahan' atau gabungan Ni mangan, Nie Zink dan Bismut Mangan Selain itu, apabila perlu untuk membuat pelarasan yang berasingan kepada sifat 'lembut' atau 'keras' bahan itu juga kadang-kadang boleh menghalang pertumbuhan unsur-unsur tersebut bijirin semasa pensinteran, dan prestasi boleh dioptimumkan apabila kepelbagaian doping penderia seramik piezo dipadankan dengan betul. Selain itu, pemilihan unsur 'tambah utama' dan 'bantu' yang betul juga boleh membentuk fasa cecair peralihan dalam kombinasi dengan plumbum semasa proses pensinteran porselin, supaya bahan itu boleh disinter ke dalam porselin pada suhu yang lebih rendah untuk menurunkan suhu pensinteran.

Melalui analisis di atas, prinsip berikut tersedia untuk pemilihan dan reka bentuk bahan untuk pengubah seramik piezoelektrik berkuasa tinggi:

(1) Bahan komponen utama dipilih oleh PZT untuk memastikan bahan tersebut mempunyai . Suhu akhirnya boleh dijamin mempunyai julat suhu operasi yang luas untuk pengubah piezoelektrik;
(2) Nisbah Zr/Ti komponen utama hendaklah dipilih berhampiran sempadan kuasi-homofasa untuk memastikan aktiviti piezoelektrik bahan yang baik;
(3) Membentuk bahan berbilang komponen untuk melaraskan dan meningkatkan bahan dengan menggunakan bahan ferroelektrik santai atau elemen piezo yang mempunyai kedua-dua fungsi doping 'penderma' dan 'penerima' sebagai elemen 'bantu' atau komponen ketiga atau keempat. Ia adalah prestasi komprehensif
(4)'elemen tambahan' yang dipilih dengan sesuai, seperti perak dan antimoni, boleh menghalang pertumbuhan bijirin kristal semasa pensinteran, yang bermanfaat untuk mendapatkan seramik berbutir halus dan meningkatkan prestasi keseluruhan bahan.