Toepassing van piëzo-elektrische keramiek in de displaytechnologie (二)

Nauwkeurige mechanische snijmethode:

Nauwkeurig mechanisch snijden is een gebruikelijke methode voor het vervaardigen van piëzo-elektrische micro-apparaten. Er wordt gebruik gemaakt van een diamantslijper om een ​​blok piëzo-elektrisch materiaal of een dikke film in micropilaren te snijden en deze in een array te rangschikken voor verdere montage tot een apparaat. Er zijn echter dimensionale beperkingen bij de verwerking van piëzo-elektrische micro-apparaten door mechanisch snijden, en het is moeilijk om microkolommenreeksen van enkele tientallen micrometers of minder te verwerken. Tegelijkertijd heeft piëzo-elektrische keramiek over het algemeen een lage sterkte en een slechte taaiheid. Deze brengen allemaal meer problemen met zich mee bij mechanisch snijden.

Het vormvormingsproces van piëzo-elektrische schijven Piëzo-elektrische keramiek is een gebruikelijke methode voor het vervaardigen van piëzo-elektrische keramische micropijlerarrays en driedimensionale micro-elektronische apparaten, die de dimensionale grenzen van machinale bewerking kunnen doorbreken. De methode omvat de stappen van een Si-plaat, een polymeer of een Al 2 O 3-film als sjabloon, en combineert de technieken van spuitgieten, elektrochemische afzetting, chemische dampafzetting, enz. Het is bedoeld om een ​​kolomvormig structureel materiaal te bereiden dat dezelfde poriediameter en uniforme oriëntatie heeft. De verwerkingstechnologie is een microbewerkingstechnologie ontwikkeld door het Energy Research Center in Duitsland met de röntgenbron voor synchrotronstraling. Het combineert stralingsetsen, elektroformeren en microvormen om microcomponenten zoals kunststoffen, metalen en keramiek te produceren. De diepte-breedteverhouding van de verwerking kan tot 200 keer bedragen, wat een ideale manier is om piëzo-elektrische keramische actuatoren te bereiden. Er zijn PZT-kolommen met een diameter van 25 mm en een hoogte van 250 mm voorbereid, maar er zijn problemen zoals instorten en niet-compactheid van de PZT-kolom tijdens het sinterproces. Bovendien is de benodigde apparatuur omdat de technologie duur is en niet bevorderlijk is voor grootschalige promotie.

Het siliciumvormproces combineert de microbewerkingstechnologie en de materiaalvormtechnologie van siliciumwafels. De microbewerkte siliciumwafel kan worden gebruikt als een mal om de microbewerkingslimiet van de snijmethode met diamantbladen te doorbreken, en de PZT-kolom kan worden gemaakt door heet isostatisch persen in de mal. Het sinteren is dicht en zorgt voor een nette opstelling. Het proces van het siliciumvormproces is een laag lichtgevoelige lijm die door een homogeniseringsmachine op het oppervlak van de siliciumwafel wordt aangebracht en vervolgens onder het masker wordt geplaatst voor belichting, en na ontwikkeling wordt een voorontwerp gevormd op de lichtgevoelige laag. Goed patroon. De fotogevoelige siliciumwafel wordt onderworpen aan reactief ionenetsen, en het gedeelte dat niet door de fotoresist wordt beschermd, wordt in microporiën geëtst. Nadat de mal is voorbereid, wordt de slurry van het PZT-poeder (dat het bindmiddel bevat) daarop gegoten, gedroogd, ontvet, vacuümverzegeld in de glazen omhulling en onderworpen aan heet isostatisch persen. Ten slotte wordt de siliciummodus selectief weggeëtst met behulp van een speciaal gas (XeF2) om een ​​PZT-microkolomarray te verkrijgen. Nadat de PZT-microkolomreeks is verkregen, wordt er een geschikt polymeer op gegoten en worden de bellen verwijderd door middel van vacuümzuigen. Na uitharding worden de twee zijden van de verticale PZT piëzo-cilinderbuistransducers worden geslepen totdat de PZT-pilaren begraven in het polymeer beide eindvlakken blootleggen. Vervolgens wordt de metaalfilm aan beide zijden van het composiet opgedampt volgens het ontworpen patroon, en vervolgens wordt de PZT gepolariseerd om een ​​dichte en geordende piëzo-elektrische keramische driverarray te verkrijgen. Met deze methode werd een dichte reeks piëzo-keramiek verkregen. De microkolommen hadden een hoogte van 90 m, een zijlengte van 7 m en een hoogte-breedteverhouding van maximaal 12. Meer dan 20.000 PZT-microkolommen verkregen in het experiment vonden geen vervorming, schade of instorting van één PZT-microkolom. Hoewel de ideale micropilaararray kan worden verkregen door middel van het siliciumvormproces, is het proces ingewikkeld en is het energieverbruik van het bereidingsproces groot. Vergeleken hiermee heeft elektroforetische afzetting de voordelen van eenvoud, gemak, lage kosten en recycling van grondstoffen. 

De micropijlerarray en de dikke PZT-film worden bereid door middel van een elektroforetisch afzettingsproces. Gebaseerd op het onderzoek van de twee, dat de processtroom van elektroforetische afzetting samenvat om PZT-microkolomarrays te bereiden. Ten eerste een bepaalde concentratie van Er wordt een piëzokeramische cilinderbuis van Pzt vervaardigd en geconcentreerd HCl wordt toegevoegd als dispergeermiddel om H+ op het oppervlak van de deeltjes te adsorberen, waardoor de deeltjes worden gesuspendeerd. Grafiet werd gebruikt als de positieve en negatieve elektroden, en een met Pt geplateerd geplateerd Pt werd gebruikt als het substraat, dat werd bereid door reactief ionenetsen. De met Pt geplateerde siliciumwafel is verbonden met de negatieve elektrode door een geleidende lijm om de potentiaal van het substraat en de elektrode te waarborgen, waardoor elektroforetische afzetting wordt gerealiseerd, en het PZT-poeder met H + wordt afgezet in de microporiën op de siliciumwafel. Na activeringssinteren bij lage temperatuur kan een dichte reeks microkolommen worden verkregen. Vervolgens wordt met behulp van dezelfde galvanisatie-elektrode, polarisatie en andere nabewerkingen als bij het siliciumgietproces een piëzo-elektrische keramische driverarray met uitstekende prestaties en dichte uitlijning verkregen. Het vormloze gietproces, de nauwkeurige mechanische snijmethode en de LIGA-verwerkingstechnologie zijn moeilijk om te voldoen aan de procesvereisten voor het bereiden van de microkolomarray van piëzo-elektrische keramische actuatoren. Het siliciumvormproces en het elektroforetische afzettingsproces vertonen grote voordelen; het doorbreekt niet alleen de beperking van de grootte, maar verkrijgt ook uitstekende prestaties en netjes gerangschikte microkolomarrays, wat zeer geschikt is voor het voorbereiden van piëzo-elektrische keramische driverarrays voor beeldschermen.