Language
Visninger: 2 Forfatter: Nettstedredaktør Publiseringstidspunkt: 2020-03-16 Opprinnelse: nettsted
Piezoelektriske keramiske mikroaktuatorer er ny type solid-state aktuatorer laget ved bruk av den omvendte piezoelektriske effekten. De er mye brukt i høyteknologiske felt som presisjonsoptikk, mikromekanikk, mikroelektronikk og dataapplikasjoner. Disse applikasjonene krever at piezoelektriske keramiske enheter er små, lav drivspenning, stor forskyvning og integrasjon. Tidligere har flerlags piezoelektriske keramiske mikroaktuatorer dannet ved å binde piezoelektrisk keramikk med et lim blitt påvirket av tykkelsen på den enkelt keramiske membranen. Begrensning (det er ganske vanskelig å lage en keramisk monolittisk med en tykkelse på 200 μm eller mindre), enheten kan ikke miniatyriseres og integreres, og limet i enheten fordi enheten genererer store kryp under påvirkning av et elektrisk felt, noe som ikke bidrar til presisjonen av forskyvningskontroll, spesielt enheten under påvirkning av høye elektriske felt er lett å falle av fra lang tid, lett adhe piezo ring sveisekomponenter ark, forårsaker enhetens ytelse for å forringes, og til og med enhetens bruddfenomen, forkorter enhetens levetid, og gir store fordeler for applikasjonen. De siste årene har flerlags chip piezoelektrisk keramikk oppnådd ved å bruke den grønne støpeprosessen av piezokeramikk og sambrenningsteknologien til den støpte piezokeramiske grønn filmen og den interne elektrode keramiske mikroaktuatoren (MMPA) en ny type funksjonell keramisk enhet med utmerket ytelse egnet for storskala produksjon. Denne flerlagsbrikkeenheten er lett å produsere en filmtykkelse på mindre enn 100 μm på grunn av støpeprosessen. Etter brenning bindes de piezokeramiske lagene direkte til den indre elektroden uten behov for limbinding. Derfor kan enheten miniatyriseres og miniatyriseres, krypeytelsen til enheten er også sterkt forbedret, og lagdelingsfenomenet mellom de keramiske lagene er sterkt forbedret. Det overvinnes effektivt, noe som i stor grad forbedrer enhetens levetid. Denne artikkelen rapporterer en flerlags brikketype og høyt bly PZT-systemtrykk laget ved bruk av keramisk støpeteknologi og keramisk grønn film/metall intern elektrode samfyringsteknologi. Dette er første gang for en elektrisk keramisk mikroaktuator her i landet. Denne artikkelen studerer hovedsakelig de statiske og dynamiske forskyvningsegenskapene til denne enheten.
Prosessflyten for å klargjøre en flerlags piezoelektrisk keramisk mikroaktuator må gå gjennom 10 hovedprosesstrinn: først blir et mykt PZT ternært piezoelektrisk keramisk pulver med en stor piezoelektrisk tøyningskoeffisient utarbeidet av en elektronisk piezokeramisk forberedelsesprosess, Den molekylære formelen er xPb(Zn1/3Nb2/3)O3+yPbZrO3+zPbTiO3,(PZN-PZ-PT), (x+y+z=1),
Deretter blandes det pzt-keramiske pulveret og det organiske tilsetningsstoffet jevnt i et visst forhold mellom faststoff/væske for å oppnå en jevn keramisk slurry, og den keramiske slurryen støpes i en trakt på en støpemaskin for støping. Og organisk bærerhastighet for å forberede en jevn, tett, støpt grønn film med en viss tykkelse. Den støpte grønne filmen stanses inn i en pzt keramisk grønn film av en viss form, og et mønster med en mønsterelektrodepasta, og deretter plasseres den keramiske grønne filmen trykt med elektroder i en spesiell form og lamineres i en bestemt rekkefølge for å oppnå en flerlags piezokeramikk. Etter å ha kuttet flerlagskroppen til flerlags keramiske enheter i henhold til størrelsen på enhetens aktive område, legg dem i en ren Al2O3-digel og pakk dem sakte sammen. De to endene av flerlagsbrikkeenheten er dekket med Ag eksterne elektroder, 650 C sølvbrent, høytemperaturpolarisering (polariseringstid 300min, 010V C). Konveksjon tykk film og høy temperatur intern elektrode, og til slutt oppnådde en flerlags chip piezoelektrisk keramisk mikroaktuator med et aktivt område på 5 mm × 6 mm og en total tykkelse på 2 mm (det piezoelektriske keramiske laget er 35 lag, hvert lag er 47 μm tykt og de øvre og nedre overflatelagene er ca. 1 m tykke).
Den piezoelektriske tøyningen d33 koeffisienten til piezo keramiske komponenter ble målt av Institute of Acoustics ved det kinesiske vitenskapsakademiet. Mikroområdemikrostrukturen til flerlagsanordningen ble observert med et skanningselektronmikroskop (SEM) produsert av Instrument Factory ved det kinesiske vitenskapsakademiet. Forskyvningsverdien til den elektriske keramiske mikroaktuatoren er testet av den produserte DGS-6 digitale displayinduktansetesteren. Oppløsningen er 0,01 μm. Den dynamiske forskyvningen testes av en enkelt laserstråle i henhold til prinsippet om doppeleffekten. Oppløsningen er 0,005μm.
For en piezoelektrisk keramikk er utsatt for konstant ytre påkjenning, når en spenning påføres to overflater vinkelrett på tykkelsesretningen (polarisasjonsretningen), og med tanke på kun piezoelektrisk deformasjon til lineær deformasjon, kan det være kjent fra den piezoelektriske ligningen at trykket.
Der d33 er den piezoelektriske tøyningskoeffisienten, V er den påførte spenningen, og t er tykkelsen på den keramiske monolitten. Ligningen viser at når den påførte spenningen er mengden av endring, forskyvningen av det piezoelektriske arket i tykkelsesretningen og det piezoelektriske .Tøyningskoeffisienten d33 er proporsjonal med den påførte spenningen V og har ingenting å gjøre med tykkelsen; men når det påførte elektriske feltet endres, er forskyvningen som genereres av anordningen ikke bare proporsjonal med den piezoelektriske koeffisienten d33 og det elektriske feltet, men også proporsjonal med tykkelsen Den er proporsjonal. Det kan sees at forskyvningen av den piezoelektriske keramikken i tykkelsesretningen er relatert til arbeidsmodusen til forskyvningsdriften valgt av den piezoelektriske keramikken. Når det påføres, bør de to faktorene til påført spenning og elektrisk felt vurderes samtidig. Søknad under nesten sammenbrudd elektrisk felt; samtidig bør arbeidsspenningen være så lav som mulig, og forskyvningen bør være så stor som mulig.
For en enhet med en viss påført spenning, kan reduksjon av tykkelsen på det keramiske arket oppnå formålet med å redusere størrelsen på enheten i tykkelsesretningen. Derfor, når det flerlags piezokeramiske arket er mekanisk koblet i serie, elektrisk koblet parallelt, og det piezokeramiske laget sammen, tar polarisasjonsretningen til den tilstøtende piezokeramiske transduseren motsatt struktur. På denne måten, når den flerlags piezoelektriske keramiske mikrodriveren påføres en driftsspenning, overlappes dens langsgående forskyvning, som kan uttrykkes .
Der N er antall piezokeramiske laminater, det vil si at forskyvningen av den flerlags piezoelektriske keramiske mikroaktuatoren er forstørret med N ganger sammenlignet med et enkelt stykke piezoelektrisk keramikk. Imidlertid, når forskyvningen er basert på det elektriske feltet som påføres av hver piezoelektrisk keramisk plate. Når mengden av endring er, kan ligning (2) uttrykkes.
Hvor t er tykkelsen på hvert lag med piezoelektrisk keramikk, og l er den totale tykkelsen på flerlagsanordningen. Ved å sammenligne uttrykkene til ligningene (3) og (1), kan man finne at når er den totale tykkelsen til flerlagsanordningen. Når tykkelsen t er den samme, er de to ligningene de samme, noe som indikerer at når den elektriske feltintensiteten påført av hvert piezoelektrisk keramisk stykke av flerlagsenheten er det samme som for et enkelt stykke piezoelektrisk keramikk, er forskyvningsmengden av de to lik. Den påførte spenningen er N ganger lavere enn for en monolittisk piezoelektrisk keramikk.
Det kan sees fra analysen ovenfor at selv om monolittisk piezoelektrisk keramikk også kan oppnå mikronskala forskyvning ved å øke filmtykkelsen, må den påførte arbeidsspenningen være tusenvis av volt, noe som ikke er gunstig for bruk. Som mengden endring har den to forskjellige funksjoner for å forsterke mengden av forskyvning og redusere driftsspenningen. Spesielt når flerlagsenheten holder det elektriske feltet konstant, kan den totale tykkelsen økes ved å øke antall lag i enheten. Derfor er det praktisk brukt. Når flerlagsenheter ikke bare har en forstørret forskyvning, men også effektivt kan redusere driftsspenningen.
den totale tykkelsen er 2 mm (det piezoelektriske keramiske laget er 35 lag, hvert lag er 47 μm tykt, og de øvre og nedre overflatelagene er hver ca. 120 μm tykke), som er tilberedt av støpeprosessen for keramisk blank film og keramisk / metall intern elektrode co-firing teknologi. De hvite parallelle stripene på bildet er innvendige metallelektroder med pzt keramiske lag mellom de innvendige elektrodene. Mange porer med en størrelse på flere mikron kan observeres i piezo keramisk ring . Dette er på grunn av den keramiske støpingen. Organiske materialer som bindemidler og myknere opptar en viss andel i den grønne filmen. Når keramikken / de indre elektrodene sambrennes, forårsaker fordampningen av de organiske materialene i disse filmene mange store porer i det pzt-keramiske laget. Imidlertid er disse porene i PZT-serien. De elektromekaniske egenskapene til det pzt-keramiske laget er ikke alvorlig påvirket i det støpte keramiske arket. Dette resultatet er i bunn og grunn konsistent med den elektromekaniske koeffisienten til PBNN-stive piezoelektriske keramikk fremstilt ved støpemetoden. Derfor kan det betraktes at de elektromekaniske parametrene til piezokeramikken oppnådd ved støpemetoden i utgangspunktet er de samme som for keramikkplaten ved tørrpressingsmetoden.
