Studie om polarisasjonsprosessen til PZT piezoelektrisk keramikk

Piezoelektriske krystalltransdusere er mye brukt innen elektronikk, lys, varme og akustikk, og har blitt viktige funksjonelle materialer i forsvarsindustrien, sivil industri og dagliglivet. De er en viktig forskningsretning for nåværende funksjonelle materialer. For tiden er den mest brukte piezoelektriske keramikken fortsatt blyzirkonattitanat (PZT) og dets ternære eller kvartære keramikk. Polarisasjonsprosessen er en nøkkelprosess i fremstillingen av piezoelektriske keramiske enheter. Polarisasjonsprosessen er prosessen med bevegelse og utvikling av domenestrukturer i piezoelektrisk keramikk. Piezoelektrisk keramikk er isotropiske legemer før kunstig polarisering, og viser ikke piezoelektrisk effekt eksternt; etter polarisering blir de anisotropiske legemer på grunn av remanent polarisering, og har dermed en piezoelektrisk effekt. De dielektriske og elastiske egenskapene til den polariserte piezoelektriske keramikken er relatert til graden av polarisering. For å få den piezoelektriske keramikken til å ha en høy grad av polarisering og gi fullt spill til deres potensielle piezoelektriske egenskaper, er det nødvendig å ta i bruk de optimale polarisasjonsforholdene, det vil si å velge riktig polarisasjonselektrisk feltstyrke (E) og polarisasjonstemperatur (T). Og polariseringstid (t). De tre betingelsene for polarisasjonsprosessen henger sammen. Hvis det elektriske polarisasjonsfeltet er svakt, kan det kompenseres ved å øke temperaturen og forlenge polarisasjonstiden; hvis det elektriske feltet er sterkt og temperaturen er høy, kan polarisasjonstiden forkortes. Imidlertid er de tre polarisasjonsforholdene nært knyttet til sammensetningen av piezoelektrisk keramikk. For PZT piezoelektriske keramiske materialer reduseres det tvangselektriske feltet. Den tradisjonelle metoden er å justere forholdet mellom zirkonium og titan. Jo større zirkonium-til-titan-forholdet er, desto mindre er det tvangselektriske feltet, slik at det elektriske polarisasjonsfeltet er mindre. Det å øke forholdet mellom zirkonium og titan forbedrer ikke polarisasjonsprosessforholdene betydelig.

I produksjon og vitenskapelig forskning blir visse oksider og forbindelser ofte brukt som sporadditiver for å forbedre ytelsen til piezoelektriske keramiske materialer. Disse sportilsetningsstoffene erstatter posisjonene til noen titanioner og zirkoniumioner i PZT, noe som gjør at domenet i kornene beveger seg lett, noe som fører til en betydelig reduksjon av det tvangselektriske feltet og reduserer også de tre polarisasjonsforholdene. Lett å polarisere. Etter en lang periode med gjentatte eksperimenter, er det bestemt at det 6,5 MHz piezoelektriske keramiske filteret er laget av modifisert PZT og dets sammensetning er Pb0. 90 Sr0. 05Mg0. 03Ba0. 02 (Zr0. 53 Ti0. 47 ) O3 +CeO2 + Etter at det piezoelektriske keramiske råmaterialet er forbrent, formet, brent og polert, dannes det en rund piezokeramisk skive på 24 mm × 0,35 mm, og etter å ha blitt plassert sølv på begge sider av ovnen i en piezo keramisk 1 stykke 10 stykker. C. Stek i mer enn 10 min, og fjern flisene fra sølvlaget. Deretter plasseres sølvpiezoplaten i en boksovn, og temperaturen heves til 100 ° C ved en konstant temperatur på 15 ° C / 6 min, og temperaturen heves til 0,5 ° C. Temperaturen heves til en konstant temperatur på 15 ° C / 6 min. Ved 400 °C ble temperaturen hevet til 700 °C ved en konstant temperatur på 20 °C / 6 min. Etter en konstant temperatur på 20 minutter ble temperaturen sakte senket til under 100 °C. De sølvbelagte porselensstykkene ble plassert ved romtemperatur i 12 timer, plassert i et silikonoljebad og utsatt for polarisasjonsbehandling under de forskjellige polarisasjonsforholdene. De piezoelektriske egenskapene til tangentielle piezoelektriske rør ble målt etter å ha stått i 24 timer.

Effekt av polarisert elektrisk felt på piezoelektriske egenskaper

I polarisasjonsprosessen er det elektriske polarisasjonsfeltet den eksterne drivkraften for å styre domenet. I tilfelle av ikke å overskride metningsfeltstyrken til materialet, jo større E, jo større er effekten av orienteringen av domeneinnrettingen, og graden av polarisering Jo mer fullstendig, jo bedre er den piezoelektriske ytelsen. Elektroner som er vanskelige å avlede eller reorientere ved lavt trykk er mer utsatt for avbøyning eller reorientering under høyt trykk, noe som gjør polariseringen mer fullstendig. For et 180° inversjonsdomene styrer ikke inversjonen av domenet det omvendte domenet gjennom sidebevegelsen til domeneveggen, men øker heller mye polarisering nær elektroden langs kanten av prøven inne i inversjonsdomenet. Et nytt, skarpt-lignende domene med en retning som samsvarer med retningen til det elektriske feltet. Etter kjernedannelse av det nye domenet, avanserer det under påvirkning av et elektrisk felt og trenger gjennom hele prøven. Når det elektriske feltet forsterkes, vises nye domener kontinuerlig, og utviklingen fremover forplanter seg til hele det omvendte domenet. Til slutt blir det omvendte domenet det samme som retningen til det eksterne elektriske feltet, og kombineres med tilstøtende isotropiske domener for å danne et større volum. For et 90°-domene kan domeneveggen bevege seg sideveis, og det kritiske elektriske feltet som kreves for sideveis bevegelse av 90°-domenet er mindre enn det kritiske elektriske feltet som kreves for den skarpe, nye domenekjernen, men 90°-domenestyringen og retningen for det eksterne elektriske feltet er nødvendig. Konsistent krever et større elektrisk felt, og utviklingen av det nye domenet er hovedsakelig avhengig av det eksterne elektriske feltet for å presse sidebevegelsen til 90°-domeneveggen. Under betingelsen t = 15 min og T = 130 °C ble polarisasjonen av det piezoelektriske keramiske stykket endret med E, og den piezoelektriske konstanten d33 endret seg med E. Det kan sees at når E < 1,5 kV/mm, øker d33 sakte med økningen av E; når E > 1,5 kV/mm, øker d33 raskt med økningen av E, men når E > 2,5 kV/mm, synker d33 plutselig raskt. Dette er fordi når E < 1,5 kV/mm, kan polarisasjonen bare få materialet til å enkelt snu til 180° domeneorientering i retning av det eksterne elektriske feltet, så d33-verdien er lavere og økningen er langsommere; når E > 1. 5 kV , er det eksterne elektriske feltet større enn det elektriske tvangsfeltet til materialet, slik at 90°-domenet som er vanskelig å snu materialet. som har en tendens til retningen til det eksterne elektriske feltet, slik at d33 øker raskt; fortsett å øke den eksterne elektriske feltstyrken, når E > 2. 0 kV/ Ved mm er den piezoelektriske domenevendingen i materialet nesten fullstendig, så økningen av d33 har en tendens til å være sakte. Men når E når en viss verdi (E > 2,5 kV/mm), får de frie elektronene i piezokeramikken mer energi i det elektriske feltet enn den tapte energien. I følge ioniseringskollisjonsteorien kan de frie elektronene være etter hver kollisjon. Akkumulering av energi fører til at temperaturen på det keramiske arket øker kontinuerlig, den piezoelektriske ytelsen blir kontinuerlig forringet, og til slutt oppstår termisk sammenbrudd. Dessuten, når det påførte elektriske feltet er tilstrekkelig høyt, på grunn av tunneleffekten til kvantemekanikk, kan de forbudte båndelektronene komme inn i ledningsbåndet, og under påvirkning av det sterke feltet akselereres de frie elektronene, noe som får elektronene til å kollidere og ionisere. På dette tidspunktet, på grunn av økningen av strømmen, stiger den lokale temperaturen til piezokrystallen, noe som fører til at piezokrystallen delvis smelter og ødelegger strukturen, slik at egenskapene til piezokeramikken blir forringet, og til slutt oppstår sammenbrudd.

Effekt av polarisasjonstemperatur på piezoelektriske egenskaper

Under tilstanden E = 2,0 kV/mm og t = 15 min, endres T for å polarisere den piezoelektriske keramikken. Variasjonen av d33 og d33 begynner å øke raskere. Etter at temperaturen nådde 130 °C, forble verdien av d33 stort sett uendret. Dette er fordi ved lavere temperaturer, når temperaturen øker, blir piezokrystallakseforholdet mindre, domeneaktiviteten øker, og den indre spenningen forårsaket av 90°-styringen av domenene blir mindre, det vil si at domenestyringen påvirkes. Motstanden er liten, og domenene er lett orienterte, så polarisering er lettere å utføre. Når T når 130 °C, snus de fleste av de piezoelektriske domenene og styringen er mettet, så verdien av d33 endres ikke.

Polarisasjonsforholdene har stor innflytelse på ytelsen til piezoelektrisk keramikk, og det elektriske polarisasjonsfeltet er hovedfaktoren i polarisasjonsforholdene. Teoretisk sett, når det påførte elektriske feltet overstiger tvangsfeltstyrken, bør de fleste av domenene snus og polariseres omorganisert og fullstendig polarisert, men under et slikt elektrisk felt, selv om det er polarisert i lang tid, kan det ikke oppnås. Bedre piezoelektriske egenskaper. For å gjøre de piezoelektriske egenskapene til materialet fullt ut utøvet, må det elektriske feltet legges til metningsfeltstyrken, som er 3 til 4 ganger tvangsfeltstyrken. Derfor er det tvangselektriske feltet den nedre grensen for det elektriske feltet valgt under polarisering, og metningsfeltstyrken Det kan vurderes at den øvre grensen for feltstyrken er valgt på tidspunktet for polarisering, og hvis metningsfeltstyrken overskrides, er sammenbruddet lett å finne. Etter omfattende vurdering, bestemmes de optimale polarisasjonsprosessparametrene til det 6,5 MHz piezoelektriske keramiske filteret: polarisasjonens elektriske feltstyrke er 2,2 kV/mm, og polarisasjonstemperaturen er 130 °C. Ut fra dette bestemmes polet. Tiden er 15 min. De eksperimentelle resultatene viser at når polarisasjonstiden overstiger 15 minutter, er effekten på den piezoelektriske ytelsen ikke åpenbar. Det ble også funnet i eksperimentet at bruken av lavtemperatur ledende sølvpasta i stedet for den vanlig brukte høytemperatursølvpastaen i sølvsintringsprosessen kan forbedre de piezoelektriske og mekaniske egenskapene til det keramiske arket til en viss grad, men bindingsstyrken er lavere og kostnadene er høyere. Høy og uegnet for industriell produksjon. I forsøket med brenningsprosessen ble det funnet at det piezokeramiske arket har en temperatur på mer enn 1 250 ° C og en holdetid på mer enn 2 timer var utsatt for sammenbrudd under polarisering, noe som resulterte i en økning i sprekker. Dette er fordi jo høyere brenningstemperatur og lengre holdetid, desto mer alvorlig krystallisering skjer, slik at mindre korn blir til store korn, noe som vanligvis fører til en økning av keramisk porøsitet og en reduksjon i keramisk tetthet. Det reduserer den mekaniske styrken og dielektrisitetskonstanten, og reduserer samtidig den mekaniske kvalitetsfaktoren til piezokeramikken.

 Når overdragelsen kommer, blir overleveringen autentisert. Hvis det lykkes, blir ressursene som er tildelt i forberedelsesfasen overlevert til protokolltilgangsmodulen og et anrop initieres til kontrollen. På dette tidspunktet anser anropskontrollen anropet som et vanlig terminalanrop. Når protokolltilgangsmodulen rapporterer til HOM at terminalen faktisk har fått tilgang til meldingen, kan svitsjen anses å være i stabil tilstand. Dersom terminalen som kobles inn krever andre overleveringer, slik som intern overlevering eller påfølgende overlevering, kan den gjennomføres i henhold til HO-funksjonsbeskrivelsen. Det skal påpekes at de byttede OT-endene ikke har noe å gjøre med OT-endene av samtalen. T-enden og O-enden av samtalen kan være den svitsjede O-enden eller den svitsjede T-enden. Etter forskning på GSM- og UMTS-overlevering, hvis det er GSM- og UMTS-overleveringer i den mobile softswitchen, er det mange likheter mellom signaleringsprosessen og mediekontrollen, spesielt overleveringsmeldingene til BSSAP og RANAP. I designprosessen til statsmaskinen vurderes det å implementere sammenslåingen av de to protokollene, og til slutt vedta ordningen med separasjonsimplementering. Signaleringsprosessen til en enkelt protokoll i overlevering er ikke komplisert, og kompleksiteten til overlevering kommer hovedsakelig fra samarbeidet mellom protokoller på flere forskjellige grensesnitt. Sammenslåingen av de overleveringsrelaterte meldingene i de to protokollene til Base Station Subsystem Application Part (BSSAP) og Radio Access Network Application Part (RANAP) kan ikke i stor grad forenkles for utformingen av overleveringstilstandsmaskinen, og vil også være for BSSAP. Designet tilpasset RANAP-protokollen gir kompleksitet. I tillegg vil fusjonen resultere i redundans av meldinger og parametere eller tap av funksjonalitet.