Language
Aantal keren bekeken: 9 Auteur: Site-editor Publicatietijd: 08-01-2019 Herkomst: Locatie
Wat piëzo-elektrische keramische drivermaterialen betreft, stelt piëzo-elektrische keramiek hoge eisen aan de eigenschappen van piëzo-elektrische keramische materialen, zoals elektrische spanningsconstante bij hoge spanning, hoog curiepunt, hoge elektromechanische koppelingscoëfficiënt en hoge frequentieconstante. Het meest gebruikte piëzo-elektrische keramiek is op basis van PZT (loodzirkonaattitanaat). Pzt-materiaal piëzo-elektrische keramische transducer vanwege zijn opmerkelijke piëzo-elektrische effect, hoge curietemperatuur, sterke stralingsweerstand en gemakkelijke integratie met halfgeleiderintegratietechnologie. Maar het is schadelijk voor het menselijk lichaam en het milieu. Daarom gingen mensen op zoek naar loodvrije piëzo-elektrische keramische materialen met uitstekende prestaties.
De meest onderzoekende loodvrije piëzo-elektrische keramische materialen in binnen- en buitenland omvatten voornamelijk de volgende systemen: op bariumtitanaat gebaseerde loodvrije piëzo-elektrische keramiek; loodvrij piëzo-elektrisch keramiek op basis van bariumtitanaat; op tantalaat gebaseerd loodvrij piëzo-elektrisch keramiek en tantaal gelaagde structuur loodvrij piëzo-elektrisch keramiek.
Op bariumtitanaat gebaseerd loodvrij piëzo-elektrisch keramiek
Het onderzoek en de toepassing van bariumtitanaat (BaTiO3) op basis van loodvrij piëzo-keramische transducers zijn behoorlijk volwassen. De curietemperatuur van BaTiO3-keramiek is echter laag (Tc=120), het bereik van de bedrijfstemperatuur is smal en de prestaties van piëzo-elektrische keramiek zijn matig. Het is moeilijk om de piëzo-elektrische eigenschappen aanzienlijk te verbeteren door dopingmodificatie, en er is een faseovergang nabij de temperatuur. Daarom is de toepassing van piëzo-elektrische keramiek beperkt. Op bariumstrontiumtitanaat gebaseerd, loodvrij piëzo-elektrisch keramisch bariumtitanaat en Bi0,5Na0,5TiO3 (BNT) is een typische vertegenwoordiger van de titanaatserie. BNT heeft de kenmerken van ontspannen ferro-elektrische materialen, die een relatief grote remanente polarisatie en een extreem hoog dwangveld (7,5 kV / mm) hebben, en een grote piëzo-elektrische coëfficiënt hebben (kt, kp ongeveer 50%), uitstekende diëlektrische prestaties zoals een kleine coëfficiënt (240 ~ 340) en goede akoestische prestaties (de frequentieconstante NP = 3200 Hz). Vanwege het hoge elektrische veld en de hoge elektrische geleidbaarheid in het ferro-elektrische fasegebied is polarisatie moeilijk, wat het moeilijk maakt om praktische piëzo-elektrische keramiek te produceren. Om de tekortkomingen van de BNT-piëzo-keramische polarisatie en de moeilijkheid van het sinteren in dichte monsters te ondervangen, voegt men een verscheidenheid aan doteringsparen met perovskietstructuur toe. BNT wordt gemodificeerd. Door elementen zoals Pb, Ba, Ca, Sr, Mn, enz. te introduceren, is de dwangveldsterkte van BNT te hoog en worden de polarisatieproblemen veroorzaakt door de hoge geleidbaarheid van de ferro-elektrische fase van BNT vermeden, en wordt de polarisatie van BNT-materiaal met succes opgelost.
De op bismut gebaseerde loodvrije piëzo-elektrische keramiek:
De op bismut gebaseerde loodvrije piëzo-elektrische keramiek omvat hoofdzakelijk NaNbO3, KNbO3, LiNbO3 en dergelijke. De piëzo-halfrond keramische transducers hebben de voordelen van lage dichtheid, hoge akoestische snelheid, grote mechanische kwaliteitsfactor Qm, grote elektromechanische koppelingscoëfficiënt kp, lage diëlektrische constante, hoge piëzo-elektrische prestaties, grote frequentieconstante, enz., dus het op tantalaat gebaseerde piëzo-elektrische keramiek is een frequentieapparaat en voorkeursmateriaal. Vanwege de vluchtigheid van het metaalmateriaal is het echter moeilijk om piëzo-keramiek met een goede compactheid te verkrijgen met behulp van een conventioneel keramisch proces, waardoor de keramische eigenschappen verslechteren. Het dichte NaNbO3-KNbO3-keramiek kan worden verkregen door heet persen of isostatisch persproces, en de temperatuurstabiliteit van het materiaal is aanzienlijk verbeterd en de relatieve dichtheid kan 99% bereiken.
In praktische toepassingen hebben sommige inherente kenmerken van de piëzokeramische cilinder-keramische transducer (zoals hysteresis, kruip, enz.) een grote invloed op de uiterst nauwkeurige verplaatsingsregeling. Om de invloed van hysteresis van piëzo-elektrische keramiek op de verplaatsingsproductie te verminderen, hebben buitenlandse wetenschappers veel compensatiemethoden voorgesteld. Momenteel is de methode voor het elimineren van hysteresis over het algemeen een gesloten-lusregeling in het regelproces. Deze modus vereist een extra verplaatsingssensor om de verplaatsing te meten en deze te vergelijken met de doelverplaatsing van de controller om een complex besturingsaanpassingsmechanisme te vormen.
Onder invloed van een wisselend elektrisch veld zullen ultrasoon gepolariseerde piëzo-transducers macroscopische ferro-elektrische degradatie vertonen als gevolg van de afname van de ferro-elektrische domeinwandactiviteit. Microscheuren, delaminatie of breuk komen vaak voor in het materiaal en door het veld veroorzaakte vermoeidheid. De intrinsieke reden ligt vooral in het verschil in de interface met eigenschappen. De thermische uitzettingscoëfficiënt op het grensvlak tussen het piëzo-keramiek en de elektrode is anders of er is een chemische reactie die de vermoeiingsprestaties van het piëzo-elektrische keramiek nadelig beïnvloedt. De verbindingskracht van het grensvlak wordt aanzienlijk verbeterd door het elektrodepoeder in het keramische materiaal op te nemen of door het keramische poeder en de oorspronkelijke elektrode op te nemen. Elektrisch veld en temperatuur zijn de belangrijkste externe factoren die de vermoeidheidsprestaties beïnvloeden. Uit een onderzoek naar twee factoren blijkt dat het veld sterker is dan de coërcitieve veldsterkte of dat de frequentie hoog is, wat elektrische vermoeidheid zal veroorzaken. Bovendien neemt in een bepaald temperatuurbereik de weerstand tegen vermoeiing toe met toenemende temperatuur. Wanneer de temperatuur een bepaalde kritische waarde overschrijdt, komt het materiaal in de paramagnetische fase en verdwijnt het vermoeidheidsverschijnsel.
Van piëzo-elektrische keramische displays wordt verwacht dat ze de tekortkomingen van de huidige mainstream-displays, die gevoelig zijn voor elektromagnetische interferentie, dode hoeken, etsen, enz., zullen overwinnen en brede marktvooruitzichten hebben. De actuatorarray van piëzo-elektrische keramische beeldschermen kan worden vervaardigd door een siliciumvormproces of een elektroforetisch afzettingsproces, en een op lood gebaseerd piëzo-elektrisch keramiek kan worden vervangen door een loodvrij piëzo-elektrisch keramiek met een op tantalaat gebaseerde en tantaal-gestructureerde structuur. Ondanks enige vooruitgang bij de ontwikkeling van piëzo-elektrische keramische displays, zijn er nog steeds een aantal belangrijke procestechnologieproblemen die moeten worden aangepakt:
(1) Hoewel de prestaties van sommige loodvrije piëzo-elektrische keramiek uitstekend zijn, is er nog steeds een grote kloof vergeleken met op PZT gebaseerde piëzo-elektrische keramiek, en de piëzo-elektrische eigenschappen moeten verder worden verbeterd door modificaties en procesverbeteringen te meten;
(2) Om de nauwkeurigheid van de hysteresis en kruipcompensatie van de piëzo-elektrische druktransducer beter te laten voldoen aan de eisen van ultrahoge precisie positioneringscontrole, moeten wetenschappers de correctiecompensatie of effectieve controle verder bestuderen door middel van experimenten om de piëzo-elektrische keramische driver te verminderen. De invloed van kruip op de positioneringsnauwkeurigheid;
(3) Momenteel richt het veldgeïnduceerde vermoeidheidsonderzoek zich vooral op het elektrische veld en het temperatuurveld, maar het onderzoek op dit gebied onder multiveldkoppeling ontbreekt, maar de feitelijke piëzo-elektrische keramische apparaten werken onder multiveldkoppelingsomstandigheden, dus het is noodzakelijk om de studie van het veldgeïnduceerde vermoeidheidsmechanisme onder multiveldkoppeling te versterken.
