Language
Pandangan: 2 Pengarang: Editor Tapak Masa Terbit: 2020-03-16 Asal: tapak
Penggerak mikro seramik piezoelektrik ialah penggerak keadaan pepejal jenis baharu yang dibuat menggunakan kesan piezoelektrik songsang. Ia digunakan secara meluas dalam bidang berteknologi tinggi seperti optik ketepatan, mikromekanik, mikroelektronik, dan aplikasi komputer. Aplikasi ini memerlukan peranti seramik piezoelektrik kecil , Voltan pemanduan rendah, anjakan besar dan penyepaduan. Pada masa lalu, mikroaktuator seramik piezoelektrik berbilang lapisan yang dibentuk dengan mengikat seramik piezoelektrik dengan pelekat telah dipengaruhi oleh ketebalan diafragma seramik tunggal. Had (Agak sukar untuk membuat monolitik seramik dengan ketebalan 200 μm atau kurang), peranti tidak boleh dikecilkan dan disepadukan, dan pelekat dalam peranti kerana peranti menghasilkan rayapan besar di bawah tindakan medan elektrik, yang tidak kondusif untuk ketepatan kawalan anjakan, terutamanya peranti di bawah tindakan medan elektrik yang tinggi untuk jatuh dari masa yang lama. lembaran komponen kimpalan cincin piezo , menyebabkan prestasi peranti merosot, dan juga fenomena patah peranti, memendekkan hayat perkhidmatan peranti, membawa faedah yang besar kepada aplikasi. Dalam tahun-tahun kebelakangan ini, seramik piezoelektrik cip berbilang lapisan yang diperoleh dengan menggunakan proses penuangan hijau piezoceramics dan teknologi penyalaan bersama filem hijau piezoceramics tuang dan mikro-penggerak mikro seramik elektrod dalaman (MMPA) ialah jenis peranti seramik berfungsi baharu dengan prestasi cemerlang yang sesuai untuk pengeluaran berskala besar. Peranti cip berbilang lapisan ini mudah untuk menghasilkan ketebalan filem kurang daripada 100 μm kerana proses tuangan. Selepas menembak, lapisan seramik piezo diikat terus ke elektrod dalaman tanpa memerlukan ikatan pelekat. Oleh itu, peranti boleh dikecilkan dan dikecilkan, prestasi rayapan peranti juga bertambah baik, dan fenomena lapisan antara lapisan seramik bertambah baik. Ia diatasi dengan berkesan, yang sangat meningkatkan hayat perkhidmatan peranti. Artikel ini melaporkan jenis cip berbilang lapisan dan tekanan sistem PZT plumbum tinggi yang dibuat dengan menggunakan teknologi tuangan seramik dan teknologi penyalaan bersama elektrod dalaman filem hijau seramik / logam. Ini adalah kali pertama untuk penggerak mikro seramik elektrik di negara ini. Kertas ini terutamanya mengkaji ciri-ciri anjakan statik dan dinamik peranti ini.
Aliran proses untuk menyediakan penggerak mikro seramik piezoelektrik cip berbilang lapisan perlu melalui 10 langkah proses utama: pertama, serbuk seramik piezoelektrik ternary PZT lembut dengan pekali terikan piezoelektrik yang besar disediakan oleh proses penyediaan seramik piezo elektronik, Formula molekul adalah xPb(Zn1/3Nb2/3)O3+yPbZrO3+zPbTiO3,(PZN-PZ-PT), (x+y+z=1),
Kemudian, serbuk seramik pzt dan bahan tambahan organik dicampur secara seragam dalam nisbah pepejal / cecair tertentu untuk mendapatkan buburan seramik yang seragam, dan buburan seramik dibuang dalam corong pada mesin tuangan untuk tuangan. Dan kelajuan pembawa organik untuk menyediakan filem hijau yang seragam, padat, tuang dengan ketebalan tertentu. Filem hijau tuang ditumbuk ke dalam filem hijau seramik pzt dalam bentuk tertentu, dan corak dengan pes elektrod corak, dan kemudian filem hijau seramik yang dicetak dengan elektrod diletakkan dalam acuan khas dan dilaminasi dalam susunan tertentu untuk mendapatkan seramik piezo berbilang lapisan. Selepas memotong badan berbilang lapisan peranti seramik berbilang lapisan mengikut saiz kawasan aktif peranti, masukkannya ke dalam bekas Al2O3 tulen dan bungkusnya secara perlahan-lahan. Kedua-dua hujung peranti cip berbilang lapisan ditutup dengan elektrod luaran Ag, 650 C perak terbakar, polarisasi suhu tinggi (masa polarisasi 30min, medan elektrik4 mm0, suhu 1V). Filem tebal perolakan dan elektrod dalaman suhu tinggi, dan akhirnya memperoleh penggerak mikro seramik piezoelektrik cip berbilang lapisan dengan kawasan aktif 5mm × 6mm dan ketebalan keseluruhan 2mm (lapisan seramik piezoelektrik ialah 35 lapisan, setiap lapisan tebal 47 μm dan lapisan permukaan atas dan bawah adalah kira-kira 120 μm).
Pekali terikan piezoelektrik d33 bagi komponen seramik piezo diukur oleh Institut Akustik Akademi Sains China. Struktur mikro kawasan mikro peranti berbilang lapisan diperhatikan dengan mikroskop elektron pengimbasan (SEM) yang dihasilkan oleh Kilang Instrumen Akademi Sains China. Nilai anjakan mikro-penggerak seramik elektrik diuji oleh penguji kearuhan paparan digital DGS-6 yang dihasilkan. Resolusi ialah 0.01 μm. Anjakan dinamik diuji oleh pancaran laser tunggal mengikut prinsip kesan doppel. Resolusi ialah 0.005μm.
Untuk seramik piezoelektrik tertakluk kepada tegasan luaran yang berterusan, apabila voltan digunakan pada dua permukaan berserenjang dengan arah ketebalannya (arah polarisasi), dan hanya mengambil kira ubah bentuk piezoelektrik kepada ubah bentuk linear, ia boleh diketahui daripada persamaan piezoelektrik bahawa tekanan.Sesaran Δll ketebalan seramik elektrik dalam arah membujur dinyatakan.
Di mana d33 ialah pekali terikan piezoelektrik, V ialah voltan terpakai, dan t ialah ketebalan monolit seramik. Persamaan menunjukkan bahawa apabila voltan yang digunakan ialah jumlah perubahan, anjakan kepingan piezoelektrik dalam arah ketebalan dan piezoelektrik .Pekali terikan d33 adalah berkadar dengan voltan terpakai V dan tiada kaitan dengan ketebalan; bagaimanapun, apabila medan elektrik yang digunakan ditukar, anjakan yang dihasilkan oleh peranti bukan sahaja berkadar dengan pekali piezoelektrik d33 dan medan elektrik, tetapi juga berkadar dengan ketebalan Ia adalah berkadar. Ia boleh dilihat bahawa anjakan seramik piezoelektrik dalam arah ketebalan adalah berkaitan dengan mod kerja pemacu anjakan yang dipilih oleh seramik piezoelektrik. Apabila memohon, kedua-dua faktor voltan yang digunakan dan medan elektrik harus dipertimbangkan pada masa yang sama. Permohonan di bawah medan elektrik hampir pecah; pada masa yang sama, voltan kerja hendaklah serendah mungkin, dan anjakan hendaklah sebesar mungkin.
Untuk peranti dengan voltan terpakai tertentu, mengurangkan ketebalan kepingan seramik boleh mencapai tujuan mengurangkan saiz peranti dalam arah ketebalan. Oleh itu, apabila kepingan piezoceramic multilayer disambung secara mekanikal secara bersiri, disambung secara elektrik secara selari, dan lapisan seramik piezo bersama-sama, arah polarisasi transduser seramik piezo bersebelahan mengambil struktur terbalik. Dengan cara ini, apabila pemacu mikro seramik piezoelektrik berbilang lapisan digunakan dengan voltan operasi, anjakan membujurnya ditindih, yang boleh dinyatakan .
Di mana N ialah bilangan laminat seramik piezo, iaitu, anjakan mikro-penggerak seramik piezoelektrik berbilang lapisan dibesarkan sebanyak N kali berbanding dengan sekeping tunggal seramik piezoelektrik. Walau bagaimanapun, apabila sesaran adalah berdasarkan medan elektrik yang digunakan oleh setiap kepingan seramik piezoelektrik Apabila jumlah perubahan adalah, persamaan (2) boleh dinyatakan .
Di mana t ialah ketebalan setiap lapisan seramik piezoelektrik, dan l ialah jumlah ketebalan peranti berbilang lapisan. Membandingkan ungkapan persamaan (3) dan (1), boleh didapati bahawa bilakah jumlah ketebalan peranti berbilang lapisan. Apabila ketebalan t adalah sama, kedua-dua persamaan adalah sama, yang menunjukkan bahawa apabila keamatan medan elektrik yang digunakan oleh setiap kepingan seramik piezoelektrik peranti berbilang lapisan adalah sama dengan sekeping tunggal seramik piezoelektrik, jumlah anjakan kedua-duanya adalah sama. Voltan yang digunakan adalah N kali lebih rendah daripada seramik piezoelektrik monolitik.
Ia boleh dilihat daripada analisis di atas bahawa walaupun seramik piezoelektrik monolitik juga boleh mencapai anjakan skala mikron dengan meningkatkan ketebalan filem, voltan kerja yang digunakan perlu beribu-ribu volt, yang tidak kondusif untuk aplikasi. Sebagai jumlah perubahan, ia mempunyai dua fungsi berbeza untuk menguatkan jumlah anjakan dan mengurangkan voltan operasi. Terutama apabila peranti berbilang lapisan mengekalkan medan elektrik tetap, jumlah ketebalan boleh ditingkatkan dengan menambah bilangan lapisan peranti. Oleh itu, ia digunakan secara praktikal. Apabila peranti berbilang lapisan bukan sahaja mempunyai anjakan yang diperbesarkan, tetapi juga boleh mengurangkan voltan operasi dengan berkesan.
jumlah ketebalan ialah 2 mm (lapisan seramik piezoelektrik ialah 35 lapisan, setiap lapisan adalah 47 μm tebal, dan lapisan permukaan atas dan bawah masing-masing kira-kira 120 μm), yang disediakan oleh proses pemutus filem kosong seramik dan teknologi penembakan bersama elektrod dalaman seramik / logam. Jalur selari putih dalam gambar adalah elektrod dalaman logam dengan lapisan seramik pzt antara elektrod dalaman. Banyak liang dengan saiz beberapa mikron boleh diperhatikan dalam cincin seramik piezo . Ini disebabkan oleh tuangan seramik. Bahan organik seperti pengikat dan pemplastik menduduki bahagian tertentu dalam filem hijau. Apabila seramik / elektrod dalaman dinyalakan bersama, pemeruapan bahan organik dalam filem ini menyebabkan banyak liang besar dalam lapisan seramik pzt. Walau bagaimanapun, pori-pori ini berada dalam siri PZT. Ciri-ciri elektromekanik lapisan seramik pzt tidak terjejas dengan serius dalam kepingan seramik tuang. Keputusan ini pada asasnya konsisten dengan pekali elektromekanikal seramik piezoelektrik tegar PBNN yang disediakan melalui kaedah tuangan. Oleh itu, boleh dianggap bahawa parameter elektromekanikal seramik piezo yang diperoleh melalui kaedah tuangan pada asasnya adalah sama dengan lembaran seramik dengan kaedah menekan kering.
