Jak ustalić, czy piezoelektryczny materiał ceramiczny nadaje się do sprzętu ultradźwiękowego?

1. Stała dielektryczna powinna być umiarkowana

Zwykle stała dielektryczna wynosi od 10 do 1000. Jeśli stała dielektryczna jest zbyt duża, spowoduje to bezpośrednie sprzężenie między elektrodami międzypalcowymi; jeśli stała dielektryczna jest zbyt mała, impedancja będzie zbyt duża i nie będzie łatwo ją dopasować. Połączenie między obwodem a urządzeniem. Spośród jednoskładnikowej ceramiki piezoelektrycznej, z wyjątkiem BaTiO3, którego stała dielektryczna wynosi 1700, zarówno układ PbTiO3, jak i PbNb2O6 są małe, około 200, i mogą być z powodzeniem stosowane jako materiały piezoelektryczne na powierzchni przetworników ultradźwiękowych. Stała dielektryczna innych podwójnych i wieloskładnikowych piezoelektrycznych materiałów ceramicznych Przetwornik ultradźwiękowy ma zakres 200-1000, co po prostu spełnia wymagania średniej stałej dielektrycznej.

 

 

2. Poprzez obróbkę można uzyskać dobrą powierzchnię odpowiednią do wykonania elektrod międzypalcowych.

Materiały monokrystaliczne są bardzo gęste, a powierzchnia jest idealna po późniejszej obróbce, takiej jak cięcie i polerowanie. Przetworniki ceramiczne piezoelektryczne są zwykle wykonane z materiałów sproszkowanych o różnym składzie. Po serii zabiegów zostaje spiekany w wysokiej temperaturze, dlatego wielkość jego ziaren i wielkość porów są głównymi wskaźnikami piezoelektrycznych materiałów ceramicznych stosowanych w urządzeniach ultradźwiękowych z falą powierzchniową. Określa nie tylko gładkość materiału, ale także określa częstotliwość pracy urządzenia.

 

Częstotliwość pracy ultradźwiękowego urządzenia do fali powierzchniowej zależy od szerokości pręta międzypalcowego przetwornika międzypalcowego, co wymaga, aby wymiar L powierzchni instrumentu ultradźwiękowego był co najmniej mniejszy niż szerokość przetwornika międzypalcowego. W celu ograniczenia odbicia fal dźwiękowych stosuje się przetwornik podpalcowy, czyli każdy palec ma średnicę λ/8, a szerokość każdego palca wynosi zaledwie 51um. Aby zapobiec oddziaływaniu porów i ziaren materiału na metalowe pręty palcowe, wielkość porów i ziaren musi być co najmniej mniejsza niż 3 µm. Dlatego, aby uzyskać dobrą powierzchnię odpowiednią do wytwarzania elektrod międzypalcowych, ziarna kryształów i pory piezoelektrycznych materiałów ceramicznych muszą być jak najmniejsze.

 

3. Tłumienie transmisji ultradźwiękowej fali powierzchniowej powinno być małe

Tłumienie powierzchni ultradźwiękowej wDotychczasowa  transmisja jest związana z właściwościami fizycznymi i stanem powierzchni piezoelektryczny materiał ceramiczny sam  . Jeśli pory i ziarna są zbyt duże, zostaną wywołane straty rozpraszania, a tłumienie będzie również spowodowane stratami tarcia podczas drgań pomiędzy ziarnami. Dlatego oprócz obróbki procesowej należy o tym decydować także dobór materiałów.

 

4. Aby poprawić efektywność konwersji elektromechanicznej, współczynnik sprzężenia elektromechanicznego musi być jak najwyższy

Współczynnik sprzężenia elektromechanicznego odzwierciedla efektywność konwersji energii mechanicznej na energię elektryczną materiałów piezoelektrycznych. To bardzo ważny wskaźnik. Jest to nie tylko ściśle związane z elastycznością, właściwościami dielektrycznymi i właściwościami piezoelektrycznymi materiałów, ale ma także ścisły związek z różnymi trybami wibracji. Aby poprawić wydajność konwersji, im większy współczynnik sprzężenia elektromechanicznego, tym lepiej. Zmniejsza to również straty energii podczas przetwarzania sygnału. Ogólnie rzecz biorąc, współczynnik sprzężenia elektromechanicznego piezoelektrycznych materiałów ceramicznych jest stosunkowo duży, więc jest to łatwe w przypadku ceramiki piezoelektrycznej.

 

5. Lepsza spójność i powtarzalność

Gdy urządzenie jest produkowane masowo, różnica w wydajności pomiędzy tym samym materiałem lub lokalnymi obszarami tej samej partii materiału powinna być niewielka, aby urządzenie mogło działać prawidłowo. Ma to niewielki wpływ na monokryształy piezoelektryczne ze względu na lepszą konsystencję i powtarzalność piezoelektrycznych materiałów monokrystalicznych, ale wpływ jest większy w przypadku piezoelektrycznych materiałów ceramicznych. Głównymi czynnikami wpływającymi na dyspersję materiałów są rozproszenie surowców, odchylenie wagowe składników, kontrola temperatury i czasu spiekania. Kiedy odchylenie kluczowych cech (takich jak prędkość dźwięku) osiąga 1%, jest to już niedopuszczalne w przypadku masowej produkcji sprzętu, dlatego bardziej rygorystyczne jest, aby wynosiło mniej niż 0,1%.