Współczynnik jakości mechanicznej ceramiki piezoelektrycznej Qm i jej stabilność temperaturowa

Wartość mechanicznego współczynnika jakości Qm charakteryzuje energię zużywaną przez korpus piezoelektryczny w celu pokonania tarcia wewnętrznego podczas rezonansu. Definiuje się ją jako: Qm = 2π. Energia mechaniczna zgromadzona w wibratorze podczas rezonansu rezonuje z energią strat mechanicznych wibratora na tydzień. Wartość współczynnika Qm odzwierciedla utratę mechaniczną materiału piezoelektrycznego. Im mniejsze straty mechaniczne, tym większa wartość Qm. Przy obliczaniu wartości Qm materiału stosuje się następujący przybliżony wzór na schemat zastępczy wibratora piezoelektrycznego:
Qm = 1/ 4π( C0 + C1) R1Δf ,

Gdzie C0 jest pojemnością statyczną pręt kwarcowy z kryształu piezoceramicznego , R1 jest równoważną rezystancją rezonansu wibratora, C1 jest pojemnością dynamiczną wibratora, a Δf jest różnicą pomiędzy częstotliwością rezonansową fr wibratora i częstotliwością antyrezonansową fa. Generalnie stosuje się metodę linii przesyłowej. Otrzymuje się Δf, R1 itd., a następnie oblicza się Qm. Z termodynamicznej funkcji energii swobodnej omówiono fizyczne źródło wartości Qm i wyprowadzono wzór: oraz eksperymentalnie zweryfikowano, że wartość Q-1m jest proporcjonalna do strat dielektrycznych. Dodatkowo w eksperymencie na tej podstawie wartość Qm wyraża się ilościowo jako funkcję ilości ładunku przestrzennego i rezystywności objętościowej i otrzymuje się wzór empiryczny: Qm = (800 lgρ - 7 500) { ( Ps - Pi) / Ps - 0,2} + 250. Gdzie ρ to opór objętościowy materiału, Ps to wartość polaryzacji nasycenia, a Pi to wartość polaryzacji wyznaczana na pętli histerezy otrzymanej bezpośrednio po przyłożeniu zmiennego pola elektrycznego, ( Ps - Pi) / Ps jest odpowiednikiem i wielkością ładunku przestrzennego. Gdy ( Ps - Pi) / Ps ≥0. 2 , ρ ≥109Ω·cm, jest to zgodne z wynikami doświadczalnymi. Zarówno teoretycznie, jak i eksperymentalnie przeprowadzono istotę i charakterystykę Qm. Dogłębna dyskusja. Pomaga nam to w dalszym badaniu wielkości Qm i jego stabilności temperaturowej.

Pomiar poprawiający wartość Qm i stabilność temperaturową

Modyfikacja dopingu
Oprócz zmiany proporcji układów binarnego, trójskładnikowego i czwartorzędowego, wartość Qm Dysk piezoceramiczny z materiału PZT można w pewnym stopniu ulepszyć, a domieszkowanie głównego składnika materiału może jeszcze bardziej poprawić właściwości materiału, w tym wielkość i stabilność temperaturową wartości Qm. W badaniu właściwości piezoelektrycznych twardych materiałów PZT metodą domieszkowania manganem stwierdzono, że Mn może regulować wartość Qm w wyniku zmiany wartościowości Mn. Dodatkowo w układzie czwartorzędowym Pb ( Mg1/ 3Nb2/ 3) (Mn1/ 3Nb2/ 3) materiał piezoelektryczny TiZrO3 domieszkowany jest pewną ilością CeO2, a maksymalne odchylenie względne Qm można uzyskać w zakresie -20-55 °C (w stosunku do wartości Qm w temperaturze 25 °C) | δ(Qm) m | spada z 42 % do 33 %; maksymalne względne przesunięcie określonego preparatu pozostaje prawie niezmienione, gdy Sr jest domieszkowany. Domieszkowanie materiałów Pb (Mn1/3Sb2/3) O3 Sn poprawia stabilność Qm w niskich temperaturach. Istnieją dwa argumenty przemawiające za domieszkowaniem, które wyjaśniają stabilność temperaturową Qm. Mówi się, że pogorszenie właściwości elektrycznych materiałów piezoelektrycznych często wynika z mikropęknięć wewnątrz materiału. Spowodowane wzrostem. Po domieszkowaniu sieci krystalicznej powstają wewnętrzne naprężenia ściskające, które w pewnym stopniu hamują rozwój mikropęknięć. Aby uniknąć wzrostu odporności rezonansowej materiału i zapewnić stabilność temperaturową Qm. Innym sposobem powiedzenia, że ​​struktura materiału domieszkującego obejmuje wielkość ziaren, stan brzegowy ziaren, stałą sieci, gęstość itp., co skutkuje makroskopowymi właściwościami fizycznymi. poprawiając w ten sposób zmianę temperatury wartości Qm. Zwykle dodawanie twardych dodatków, takich jak Eu, Yb, Al2O3, MgO itp. w celu zwiększenia wartości Qm; dodając miękkie dodatki, takie jak Nb2O5, La2O3, Ta2O5 itp., obniż wartość Qm, a stabilność temperaturowa wartości Qm jest lepsza niż twarde domieszkowanie.

Optymalizacja procesu
Proces przygotowania materiałów piezoceramicznych, w szczególności przygotowanie, kalcynacja, spiekanie i sztuczna polaryzacja proszków, bezpośrednio wpływa na gęstość, wielkość ziaren i właściwości piezoelektryczne próbek. Obecnie stabilność temperaturowa Qm została poprawiona w wyniku procesu przygotowania. Istnieją pewne trudności, ale wielkość Qm jest dostosowywana na podstawie procesu przygotowania. Zaangażowanych było wielu badaczy. Na przykład ceramika Cr3 + domieszkowany jonami Pb (Mn1/3Nb2/3) TiZrO3 jest bardzo wrażliwa na temperaturę spiekania. Gdy temperatura spiekania wzrasta, właściwości piezoelektryczne ulegają wzmocnieniu. Dlatego wartość Qm można elastycznie kontrolować, zmieniając temperaturę spiekania. Kawasaki porównuje domieszkowanie z konwencjonalnym wytwarzaniem proszku poprzez domieszkowanie metodą wtrysku termicznego. Omawia się, że niektóre jony zanieczyszczeń, takie jak Fe3 +, zwiększą wartość Qm metodą wtrysku termicznego, podczas gdy niektóre jony, takie jak Cr3 +, zmniejszą wartość Qm. Proces jest zoptymalizowany w celu przygotowania materiału ceramicznego o doskonałych parametrach, czyli dostosowaniu wartości Qm.

Teoretycznie badany jest stosunek materiałowy i modyfikacja domieszkowania. W praktyce usprawnienie procesu polega na dostosowaniu wartości Qm piezoelektrycznego materiału ceramicznego i poprawie stabilności temperaturowej, tak aby piezoelektryczny materiał ceramiczny mógł być szerzej otrzymywany. Skuteczna metoda aplikacji.