Anvendelse av piezoelektrisk keramikk i skjermteknologien (二)

Nøyaktig mekanisk skjæremetode:

Presisjonsmekanisk skjæring er en vanlig metode for å produsere piezoelektriske mikroenheter. Den bruker en diamantkutter for å kutte en blokk med piezoelektrisk materiale eller en tykk film til mikrosøyler og ordne dem i en rekke for videre montering til en enhet. Imidlertid er det dimensjonsbegrensninger i behandlingen av piezoelektriske mikroenheter ved mekanisk skjæring, og det er vanskelig å behandle mikrosøylearrayer på flere titalls mikrometer eller mindre. Samtidig har piezoelektrisk keramikk generelt lav styrke og dårlig seighet. Disse gjør alle vanskeligere for mekanisk skjæring.

Muggformingsprosessen av piezoelektriske skiver piezoelektrisk keramikk er en vanlig metode for å forberede piezoelektriske keramiske mikrosøyler og tredimensjonale mikroelektroniske enheter, som kan bryte gjennom dimensjonsgrensene for maskinering. Metoden omfatter trinnene med en Si-plate, en polymer eller en Al 2 O 3-film som mal, og kombinerer teknikkene sprøytestøping, elektrokjemisk avsetning, kjemisk dampavsetning, etc. Det er å fremstille et søyleformet strukturelt materiale som har samme porediameter og jevn orientering. Prosessteknologien er en mikrobearbeidingsteknologi utviklet av Energiforskningssenteret i Tyskland med synkrotronstrålingsrøntgenkilden. Den kombinerer strålingsetsing, elektroforming og mikrostøping for å produsere mikrokomponenter som plast, metaller og keramikk. Dybde-til-bredde-forholdet for prosessering kan være opptil 200 ganger, noe som er en ideell måte å forberede piezoelektriske keramiske aktuatorer. Det er utarbeidet PZT-søyler med en diameter på 25 mm og en høyde på 250 mm, men det er problemer som kollaps og manglende kompakthet av PZT-søylen under sintringsprosessen. I tillegg er utstyret som kreves for teknologi er dyrt og bidrar ikke til storskala markedsføring.

Silisiumstøpeprosessen kombinerer mikrobearbeidingsteknologien og materialdannende teknologien til silisiumskiver. Den mikromaskinerte silisiumplaten kan brukes som en form for å bryte gjennom grensen for mikrobearbeiding av diamantbladskjæremetoden, og PZT-kolonnen kan lages ved varm isostatisk pressing i formen. Sintringen er tett og opprettholder et pent arrangement. Prosessen med silisiumstøpeprosessen er et lag med lysfølsomt lim som er belagt på overflaten av silisiumskiven av en homogeniseringsmaskin, og deretter plassert under masken for eksponering, og etter fremkalling dannes en forhåndsdesign på det lysfølsomme laget. Bra mønster. Den fotosensitive silisiumplaten utsettes for reaktiv ionetsing, og delen som ikke er beskyttet av fotoresisten blir etset inn i mikroporer. Etter at formen er klargjort, helles oppslemmingen av PZT-pulveret (som inneholder bindemidlet), tørkes, avfettes, vakuumforsegles i glasskonvolutten og utsettes for varm isostatisk pressing. Til slutt etses silisiummodusen selektivt bort ved hjelp av en spesiell gass (XeF2) for å oppnå en PZT-mikrokolonnearray. Etter at PZT-mikrokolonne-arrayen er oppnådd, støpes en passende polymer på denne og boblene fjernes ved vakuum. Etter herding, de to sidene av den vertikale PZT piezosylinderrørstransdusere slipes til PZT-søylene som er begravd i polymeren, avslører begge endeflatene. Deretter blir metallfilmen dampavsatt på begge sider av kompositten i henhold til det utformede mønsteret, og deretter polariseres PZT for å oppnå en tett og ordnet piezoelektrisk keramisk driver-array. En tett rekke av piezokeramikk ble oppnådd ved denne metoden. Mikrosøylene var 90 m høye, 7 m i sidelengde og opptil 12 i sideforhold. Mer enn 20 000 PZT-mikrokolonner oppnådd i eksperimentet fant ikke deformasjon, skade eller kollaps av én PZT-mikrokolonne. Selv om den ideelle mikropilar-arrayen kan oppnås ved silisiumstøpeprosessen, er prosessen komplisert og energiforbruket til forberedelsesprosessen er stort. Sammenlignet med dette har elektroforetisk avsetning fordelene med enkelhet, bekvemmelighet, lave kostnader og resirkulering av råvarer. 

Mikropilararrayen og PZT-tykkfilmen er forberedt ved elektroforetisk avsetningsprosess. Basert på forskningen til de to, som oppsummerer prosessflyten av elektroforetisk avsetning for å forberede PZT-mikrokolonnearray. Først en viss konsentrasjon av Pzt piezokeramisk sylinderrør klargjøres, og konsentrert HCl tilsettes som et dispergeringsmiddel for å adsorbere H+ på overflaten av partiklene, og derved suspendere partiklene. Grafitt ble brukt som positive og negative elektroder, og en Pt-belagt Pt ble brukt som substrat, som ble fremstilt ved reaktiv ionetsing. Den Pt-belagte silisiumplaten er koblet til den negative elektroden med et ledende lim for å sikre potensialet til substratet og elektroden, og derved realisere elektroforetisk avsetning, og PZT-pulveret med H+ avsettes i mikroporene på silisiumplaten. Etter lavtemperatur aktiveringssintring kan en tett rekke mikrosøyler oppnås. Deretter, ved å bruke den samme pletteringselektroden, polarisasjonen og annen etterbehandling som silisiumstøpeprosessen, oppnås en piezoelektrisk keramisk driverarray med utmerket ytelse og tett justering. Den formløse støpeprosessen, den presisjonsmekaniske skjæremetoden og LIGA-prosessteknologien er vanskelig å oppfylle prosesskravene for å forberede den piezoelektriske keramiske aktuatormikrokolonne-arrayen. Silisiumstøpeprosessen og den elektroforetiske avsetningsprosessen viser store fordeler, den bryter ikke bare gjennom størrelsesbegrensningen, men oppnår også utmerket ytelse og pent arrangerte mikrokolonnearrayer, som er veldig egnet for å forberede piezoelektriske keramiske driverarrayer for skjermer.