Language
Aantal keren bekeken: 2 Auteur: Site-editor Publicatietijd: 16-03-2020 Herkomst: Locatie
Piëzo-elektrische keramische micro-actuators zijn nieuwe solid-state actuatoren gemaakt met behulp van het omgekeerde piëzo-elektrische effect. Ze worden veel gebruikt in hightech-gebieden zoals precisie-optica, micromechanica, micro-elektronica en computertoepassingen. Deze toepassingen vereisen dat piëzo-elektrische keramische apparaten klein zijn, een lage stuurspanning, een grote verplaatsing en integratie hebben. In het verleden zijn meerlaagse piëzo-elektrische keramische microactuators, gevormd door het verbinden van piëzo-elektrische keramiek met een kleefmiddel, beïnvloed door de dikte van het enkele keramische diafragma. Beperking (het is vrij moeilijk om een keramisch monolithisch materiaal te maken met een dikte van 200 μm of minder), het apparaat kan niet worden geminiaturiseerd en geïntegreerd, en de lijm in het apparaat, omdat het apparaat een grote kruip genereert onder invloed van een elektrisch veld, wat niet bevorderlijk is voor de nauwkeurigheid van de verplaatsingsregeling, vooral als het apparaat lange tijd onder invloed van een hoog elektrisch veld staat, kan de lijm gemakkelijk van het apparaat vallen. piëzo-ringlascomponentenplaat , waardoor de prestaties van het apparaat verslechteren, en zelfs het fenomeen van apparaatbreuk, waardoor de levensduur van het apparaat wordt verkort, wat grote voordelen voor de toepassing oplevert. In de afgelopen jaren is de meerlaagse piëzo-elektrische chipkeramiek verkregen door gebruik te maken van het groene gietproces van piëzokeramiek en de co-firing-technologie van de gegoten piëzokeramische groene film en de keramische micro-actuator met interne elektrode (MMPA) een nieuw type functioneel keramisch apparaat met uitstekende prestaties geschikt voor grootschalige productie. Met dit meerlaagse chipapparaat is dankzij het gietproces eenvoudig een filmdikte van minder dan 100 μm te produceren. Na het bakken worden de piëzo-keramische lagen rechtstreeks aan de interne elektrode gehecht, zonder dat lijmverbinding nodig is. Daarom kan het apparaat worden geminiaturiseerd en geminiaturiseerd, worden de kruipprestaties van het apparaat ook aanzienlijk verbeterd en wordt het gelaagdheidsverschijnsel tussen de keramische lagen aanzienlijk verbeterd. Het wordt effectief overwonnen, wat de levensduur van het apparaat aanzienlijk verbetert. Dit artikel rapporteert een meerlaags chiptype en een hoge lood-PZT-systeemdruk, gemaakt met behulp van keramische giettechnologie en keramische groene film / metalen interne elektrode-co-firing-technologie. Dit is de eerste keer dat er in dit land een elektrische keramische micro-actuator wordt gebruikt. Dit artikel bestudeert voornamelijk de statische en dynamische verplaatsingskarakteristieken van dit apparaat.
De processtroom voor het bereiden van een meerlagige piëzo-elektrische keramische micro-actuator moet 10 hoofdprocesstappen doorlopen: eerst wordt een zacht PZT ternair piëzo-elektrisch keramisch poeder met een grote piëzo-elektrische spanningscoëfficiënt bereid door een elektronisch piëzo-keramiek bereidingsproces. De moleculaire formule is xPb(Zn1/3Nb2/3)O3+yPbZrO3+zPbTiO3,(PZN-PZ-PT), (x+y+z=1),
Vervolgens worden het pzt-keramische poeder en het organische additief gelijkmatig gemengd in een bepaalde verhouding vaste stof / vloeistof om een uniforme keramische slurry te verkrijgen, en de keramische slurry wordt in een trechter op een gietmachine gegoten om te gieten. En organische dragersnelheid om een uniforme, dichte, gegoten groene film met een bepaalde dikte te bereiden. De gegoten groene film wordt in een pzt-keramische groene film met een bepaalde vorm geponst, en een patroon met een patroonelektrodepasta, en vervolgens wordt de keramische groene film bedrukt met elektroden in een speciale mal geplaatst en in een bepaalde volgorde gelamineerd om een meerlaags piëzo-keramiek te verkrijgen. Nadat u het meerlaagse lichaam van meerdere meerlaagse keramische apparaten hebt gesneden, afhankelijk van de grootte van het actieve gebied van het apparaat, plaatst u ze in een pure Al2O3-kroes en pakt u ze langzaam in elkaar. De twee uiteinden van het meerlaagse chipapparaat zijn bedekt met externe Ag-elektroden, 650 C zilver gebrand, hoge temperatuurpolarisatie (polarisatietijd 30 minuten, elektrisch veld 4000 V / mm, temperatuur 140 C). Convectie dikke film en interne elektrode op hoge temperatuur, en uiteindelijk verkregen een meerlagige piëzo-elektrische keramische micro-actuator met een actief oppervlak van 5 mm x 6 mm en een totale dikte van 2 mm (de piëzo-elektrische keramische laag is 35 lagen, elke laag is 47 μm dik en de bovenste en onderste oppervlaktelagen zijn ongeveer 120 μm dik).
De piëzo-elektrische spanning d33-coëfficiënt van de piëzo-keramische componenten werden gemeten door het Institute of Acoustics van de Chinese Academie van Wetenschappen. De microstructuur van het meerlaagse apparaat werd waargenomen met een scanning-elektronenmicroscoop (SEM), geproduceerd door de Instrument Factory van de Chinese Academie van Wetenschappen. De verplaatsingswaarde van de elektrische keramische micro-actuator wordt getest door de geproduceerde DGS-6 digitale display-inductietester. De resolutie bedraagt 0,01 µm. De dynamische verplaatsing wordt getest door een enkele laserstraal volgens het principe van het dubbeleffect. De resolutie bedraagt 0,005 μm.
Want piëzo-elektrische keramiek is onderhevig aan constante externe spanning, wanneer een spanning wordt aangelegd op twee oppervlakken loodrecht op de dikterichting (polarisatierichting), en alleen rekening houdend met piëzo-elektrische vervorming tot lineaire vervorming, kan uit de piëzo-elektrische vergelijking bekend worden dat de druk. De verplaatsing Δll van het elektrische keramiek in de longitudinale dikterichting wordt uitgedrukt.
Waar d33 de piëzo-elektrische spanningscoëfficiënt is, is V de aangelegde spanning en is t de dikte van de keramische monoliet. De vergelijking laat zien dat wanneer de aangelegde spanning de hoeveelheid verandering is, de verplaatsing van de piëzo-elektrische plaat in de dikterichting en de piëzo-elektrische richting. De rekcoëfficiënt d33 is evenredig met de aangelegde spanning V en heeft niets te maken met de dikte; Wanneer het aangelegde elektrische veld echter wordt gewijzigd, is de door het apparaat gegenereerde verplaatsing niet alleen evenredig met de piëzo-elektrische coëfficiënt d33 en het elektrische veld, maar ook evenredig met de dikte. Het is te zien dat de verplaatsing van het piëzo-elektrische keramiek in de dikterichting verband houdt met de werkmodus van de verplaatsingsaandrijving die door het piëzo-elektrische keramiek wordt geselecteerd. Bij toepassing moeten de twee factoren van de aangelegde spanning en het elektrische veld tegelijkertijd in aanmerking worden genomen. Toepassing onder een elektrisch veld met bijna-doorslag; tegelijkertijd moet de werkspanning zo laag mogelijk zijn en de verplaatsing zo groot mogelijk.
Voor een apparaat met een bepaalde aangelegde spanning kan het verminderen van de dikte van de keramische plaat het doel bereiken van het verkleinen van de grootte van het apparaat in de dikterichting. Wanneer de meerlaagse piëzokeramische plaat mechanisch in serie is verbonden, elektrisch parallel is verbonden en de piëzo-keramische laag met elkaar is verbonden, neemt de polarisatierichting van de aangrenzende piëzo-keramische transducer de omgekeerde structuur aan. Op deze manier wordt, wanneer de meerlaagse piëzo-elektrische keramische microdriver wordt voorzien van een bedrijfsspanning, de longitudinale verplaatsing ervan over elkaar heen gelegd, wat kan worden uitgedrukt.
Waar N het aantal piëzo-keramische laminaten is, dat wil zeggen, wordt de verplaatsing van de meerlaagse piëzo-elektrische keramische micro-actuator N maal vergroot vergeleken met een enkel stuk piëzo-elektrische keramiek. Wanneer de verplaatsing echter gebaseerd is op het elektrische veld dat door elke piëzo-elektrische keramische plaat wordt aangelegd, kan vergelijking (2) worden uitgedrukt.
Waarbij t de dikte is van elke laag piëzo-elektrisch keramiek, en l de totale dikte van het meerlaagse apparaat is. Door de uitdrukkingen van vergelijkingen (3) en (1) te vergelijken, kan worden gevonden dat wanneer de totale dikte van het meerlaagse apparaat is. Wanneer de dikte t hetzelfde is, zijn de twee vergelijkingen hetzelfde, wat aangeeft dat wanneer de elektrische veldintensiteit die wordt toegepast door elk piëzo-elektrisch keramisch stuk van het meerlaagse apparaat dezelfde is als die van een enkel stuk piëzo-elektrisch keramiek, de verplaatsingshoeveelheid van de twee is gelijk. De aangelegde spanning is N keer lager dan die van een monolithisch piëzo-elektrisch keramiek.
Uit de bovenstaande analyse blijkt dat hoewel monolithische piëzo-elektrische keramiek ook verplaatsing op micronschaal kan bereiken door de filmdikte te vergroten, de aangelegde werkspanning duizenden volt moet zijn, wat niet bevorderlijk is voor toepassing. Als de hoeveelheid verandering heeft het twee verschillende functies: het versterken van de hoeveelheid verplaatsing en het verlagen van de bedrijfsspanning. Vooral wanneer het meerlaagse apparaat het elektrische veld constant houdt, kan de totale dikte worden vergroot door het aantal lagen van het apparaat te vergroten. Daarom wordt het praktisch toegepast. Wanneer meerlaagse apparaten niet alleen een grotere verplaatsing hebben, maar ook de bedrijfsspanning effectief kunnen verlagen.
de totale dikte is 2 mm (de piëzo-elektrische keramische laag is 35 lagen, elke laag is 47 μm dik en de bovenste en onderste oppervlaktelagen zijn elk ongeveer 120 μm dik), die wordt bereid door het keramische blanco filmgietproces en de keramische / metalen interne elektrode co-fire-technologie. De witte parallelle strepen op de afbeelding zijn metalen interne elektroden met pzt-keramische lagen tussen de interne elektroden. In de poriën zijn veel poriën met een grootte van enkele microns waarneembaar piëzo-keramische ring . Dit komt door het keramische gietwerk. Organische materialen zoals bindmiddelen en weekmakers nemen een bepaald aandeel in de groene film in. Wanneer de keramiek/interne elektroden samen worden gebakken, veroorzaakt de vervluchtiging van de organische materialen in deze films veel grote poriën in de pzt-keramische laag. Deze poriën bevinden zich echter in de PZT-serie. De elektromechanische eigenschappen van de pzt-keramische laag worden bij de gegoten keramische plaat niet ernstig beïnvloed. Dit resultaat komt in principe overeen met de elektromechanische coëfficiënt van het stijve piëzo-elektrische PBNN-keramiek, vervaardigd volgens de gietmethode. Daarom kan worden aangenomen dat de elektromechanische parameters van het piëzo-keramiek verkregen door de gietmethode in principe dezelfde zijn als die van de keramische plaat door de droogpersmethode.
