1 ruch domeny w Pb (Zr0.52Ti0.48)O3 Skład materiału ceramiki piezoelektrycznej PZT , dodatek tlenków takich jak La2O3, Nb2O5, ThO2 i WO3 zmniejsza wartość Qm. Aby wyjaśnić redukcję Qm, zaproponowano następujący mechanizm. Kiedy zastępuje się Pb2 + , Ti4 + , Zr4 + w ceramice PZT jonem metalu mającym wyższą wartościowość niż Pb2 + lub Ti4 + lub Zr4 +, takim jak La3 + , Nb5 + , W6 + itp., w celu utrzymania właściwości mocy sieci, w ceramice piezoelektrycznej generowane są wolne miejsca Pb. Te wolne miejsca w Pb zmniejszają naprężenia wewnętrzne, które utrudniają obrót domeny, dzięki czemu domena staje się łatwa do przenoszenia, wzrasta tarcie wewnętrzne, wzrasta strata dielektryczna, a wartość Qm maleje. Uważa się, że ruch ściany domenowej powoduje zmniejszenie wartości Qm. Ponadto wzór wydedukowany przez Yamauchiego i Takahashiego wie, że wartość Q-1m jest proporcjonalna do strat dielektrycznych. Jedną z przyczyn strat dielektrycznych jest zużycie energii spowodowane histerezą drgań ścianki domeny pod wpływem zmiennego pola elektrycznego. Zatem histereza drgań ścianki domeny powoduje utratę ośrodka, co powoduje zmniejszenie wartości Qm. Zatem w modyfikowanym piezoelektrycznym materiale ceramicznym z domieszką o niskiej zawartości Qm trudność ruchu ściany domeny bezpośrednio odpowiada wartości Qm.
2 Ładunek kosmiczny
Gdy Pb2+, Ti4+, Zr4+ w ceramice piezoelektrycznej PZT zostaną zastąpione jonami metali o niższej wartościowości niż Pb2+ lub Ti4+ i Zr4+, takimi jak K+, Na+, Cr3+, Fe3+, wartość Qm znacząco wzrasta. Można to wytłumaczyć wpływem ładunku kosmicznego na domenę. Czysta ceramika piezoelektryczna PZT wykazuje przewodzenie typu dziurowego z powodu wolnych miejsc w ołowiu, podczas gdy dodatki w postaci dodatnich jonów metali o niskiej wartościowości działają jako akceptory w organizmie. Dodatek taniego jonu metalu znacznie zwiększa ujemne otwory środkowe i nośne w korpusie piezoceramicznym, to znaczy generuje dużą ilość ładunku przestrzennego. Aby wyeliminować pole elektryczne generowane przez nieciągłą zmianę ściany domeny, w domenie koncentruje się ładunek kosmiczny naładowany ujemnie. Zacisk dodatni i dodatni ładunek kosmiczny skupiają się na ujemnym końcu ściany domeny, tworząc pole ładunku przestrzennego (Eq), które jest takie samo jak kierunek polaryzacji domeny. Kiedy zewnętrzne pole elektryczne zostaje przyłożone do obrócenia domeny, nie tylko przezwycięża spontaniczną polaryzację pierwotnej domeny, ale także przezwycięża równanie pola ładunku kosmicznego. Oznacza to, że działanie ładunku przestrzennego tłumi ruch domeny, zmniejszając w ten sposób tarcie wewnętrzne i zwiększając wartość Qm. Aby oszacować obecność w ceramice, można zaobserwować ilość wprowadzonego ładunku przestrzennego. Definicja jest parametrem ilości ładunku przestrzennego (Ps - Pi) / Ps charakteryzującym ilość ładunku przestrzennego. Wartość (Ps - Pi) / Ps zmienia się w zależności od rodzaju i ilości zanieczyszczeń. W przypadku tanich dodatków metalicznych (dodatki twarde) wraz ze wzrostem ilości domieszkowania wzrasta ilość ładunku przestrzennego, natomiast w przypadku drogich dodatków (dodatków miękkich) ilość ładunku przestrzennego jest niewielka i prawie niemożliwa do zmierzenia. Dlatego ciśnienie o dużej wartości Qm W ceramice elektrycznej zmiana wartości Qm jest związana z ładunkiem przestrzennym. Gdy temperatura wzrasta, ładunek kosmiczny migruje w kryształy piezoceramiczne , które zmniejszają gromadzenie się ładunku przestrzennego, wspomagają ruch ściany domeny i zmniejszają wartość Qm. W przypadku dodawania materiałów miękkich, takich jak ceramika, ilość ładunku przestrzennego generowanego w ciele jest niewielka, a zmiana temperatury powoduje, że migracja ładunku przestrzennego jest niewielka. Dlatego stabilność temperaturowa Qm jest na ogół wyższa niż w przypadku twardego dodatku.
3 Rezystywność ciała Do miękkich materiałów modyfikowanych dodatkami
rezystywność skrośna jest o 1 do 2 rzędów wielkości wyższa niż w przypadku twardego materiału modyfikowanego dodatkami, ponieważ niewielka ilość domieszki zapewnia nadmiar elektronów. Oryginalna rekombinacja dziur zmniejsza koncentrację dziur elektronowych w korpusie piezoceramicznym, zwiększając w ten sposób rezystywność objętościową. Wysoka rezystywność objętościowa jest korzystna dla zwiększenia natężenia pola elektrycznego polaryzacji ceramiki piezoelektrycznej, a ruch orientacji domeny jest bardziej wystarczający, co powoduje wzrost strat dielektrycznych i zmniejszenie wartości Qm. W przypadku twardych materiałów domieszkowanych, wzrostowi ładunku przestrzennego i oporu objętościowego towarzyszy wzrost Qm. Im niższa temperatura, tym większa oporność masowa materiału. Trudno jest migrować ładunek kosmiczny, ruch domeny jest tłumiony, a wartość Qm maleje. Gdy związek między rezystywnością objętościową a wartością Qm jest scharakteryzowany ilościowo, jak opisano powyżej, wartość Qm wyraża się jako funkcję ilości ładunku przestrzennego i rezystywności objętościowej.
4 Wielkość ziarna Duży rozmiar ziarna podczas procesu polaryzacji,
naprężenia zaciskające powstające na granicy ziaren są małe, materiał łatwo ulega polaryzacji, zmniejsza się tarcie wewnętrzne i zwiększa się wartość Qm. Jeśli jednak wielkość ziaren jest zbyt duża, powstanie przerwa między ziarnami. Zwiększona zwartość, wpływająca na wydajność piezoelektryczną; ziarno jest zbyt małe, granica ziaren silnie zaciska domenę, utrudniając ruch sterujący domeną, zmniejszając wydajność piezoelektryczną. Dlatego wielkość ziaren musi być umiarkowana. Badania trójskładnikowej ceramiki piezoelektrycznej Pb (Mn1/3Sb2/3)2PbTiZrO3 domieszkowanej CeO2 wykazały, że po dodaniu CeO2 ceramika jest gęsta, a ziarna umiarkowane, co poprawia mikrostrukturę piezoceramiki. Otrzymano materiał na silnik ultradźwiękowy z falą stojącą o wysokim napięciu i dużej wartości Qm.
5 Badanie stałej sieci. Diagram fazowy oparty na PZT Można stwierdzić, że materiały na przetworniki z dyskami piezoelektrycznymi wykazują, że dostosowanie stosunku Zr/Ti oraz trzeciej lub czwartej składowej spowoduje zmiany parametrów sieci; dodatkowo jony domieszkujące dostają się do sieci, kryształu. Zmienia się również parametr sieci. Jeśli stosunek osi kryształu wzrasta c/a, w momencie polaryzacji spontaniczna polaryzacja Ps niektórych struktur jest trudna do obracania, co powoduje spadek wydajności piezoelektrycznej; a zmniejszenie stosunku osi kryształu piezoelektrycznego c/a powoduje, że Ps. Odwrócenie jest łatwe, co powoduje wzrost tarcia wewnętrznego i zmniejszenie Qm. Dlatego w przypadku binarnych lub wieloelementowych piezoelektrycznych materiałów ceramicznych na bazie ołowiu parametry sieci wpływają również na wartość Qm.
6 Tryb wibracji Wartość Qm odzwierciedla stopień strat mechanicznych spowodowanych tarciem wewnętrznym wibratora piezoelektrycznego podczas rezonansu. Oczywiście wartość Qm jest powiązana z modą drgań. Do wytworzenia wibratora piezoelektrycznego wykorzystuje piezoelektryczny materiał ceramiczny PMN2PZT. Porównując wartość Qm i temperaturę wibratora poczwórnego z żyroskopem i wibratora cylindrycznego z temperaturą, okazuje się, że krzywa Qm wibratora cylindrycznego jest o około 30°C niższa niż wibratora tetragonalnego, co oznacza drgania tetragonalne. Wartość Qm wynosząca około 0°C odpowiada wartości Qm wibratora cylindrycznego wynoszącej od -30 do 80°C. Dlatego dostosowanie wartości Qm można badać nie tylko poprzez wybór składu materiału, ale także zmianę trybu drgań.
Hubei Hannas Tech Co., Ltd jest profesjonalnym producentem ceramiki piezoelektrycznej i przetworników ultradźwiękowych, zajmującym się technologią ultradźwiękową i zastosowaniami przemysłowymi.
