Aktualności

Jesteś tutaj: Dom / Aktualności / Podstawy ceramiki piezoelektrycznej / Proces piezoelektrycznego transformatora ceramicznego

Proces piezoelektrycznego transformatora ceramicznego

Wyświetlenia: 11 Autor: Edytor witryny Czas publikacji: 2019-09-04 Pochodzenie: Strona

Pytać się

Produkcja i badania piezoelektryczne materiały ceramiczne do transformatorów piezoelektrycznych dużej mocy W badaniach nad piezoelektrycznymi materiałami ceramicznymi badania w Chinach są stosunkowo zacofane. Według statystyk, w ciągu sześciu lat 1997-2002, wśród ponad 60 patentów opublikowanych w Chinach na ceramikę piezoelektryczną i jej zastosowania, było około 50 zastosowań, z czego stanowiło ich tylko prawie 80. W Korei są 2 pozycje, a w Chinach są tylko 4 patenty, z czego tylko jeden ma być zastosowany do transformatorów piezoelektrycznych. W ostatnich latach, choć żadna inna zagraniczna firma nie zgłosiła patentów na badania i zastosowanie piezoelektrycznych materiałów ceramicznych w Chinach, można je wykorzystać do produkcji ceramiki piezoelektrycznej na bazie PZT do piezoelektrycznych transformatorów ceramicznych dużej mocy. Można z niego wytwarzać transformatory piezoelektryczne o mocy wyjściowej powyżej 30W. Został on z powodzeniem zastosowany w świetlówkach codziennego użytku. Pz24 firmy Ferroperm oparty na PZT został również z powodzeniem zastosowany w przetwornikach dużej mocy. Co prawda w naszym kraju niektóre instytuty badawcze stosowały materiały piezoelektryczne na bazie materiałów NEC do wytwarzania transformatorów piezoelektrycznych o mocy wyjściowej poniżej małej (jednak sytuacja badań i zastosowań ceramiki piezoelektrycznej w dalszym ciągu nie napawa optymizmem.

Ponieważ wielowarstwowe piezoelektryczne transformatory ceramiczne można łatwo osiągnąć miniaturyzacją i dużą mocą wyjściową, niektórzy badacze w kraju i za granicą często przyjmują strukturę wielowarstwową w badaniach transformatorów piezoelektrycznych. Najprostszą wielowarstwową piezoelektryczną strukturę transformatora ceramicznego typu Rosena można uznać za złożony i uproszczony proces w kierunku grubości za pomocą wielu jednoczęściowych piezoelektrycznych transformatorów ceramicznych typu Rosena. Końcówka wejściowa jest naprzemiennie laminowana i wypalana przez a piezoelektryczny dysk ceramiczny i materiał elektrody, co nieuchronnie wiąże się z problemem współspalania pomiędzy materiałem piezoceramicznym i materiałem elektrody. Obecnie wiele materiałów piezoceramicznych PZT do transformatorów piezoelektrycznych ma problem ze zbyt wysoką temperaturą (> 11000C) przy produkcji wielowarstwowych piezoelektrycznych transformatorów ceramicznych konieczne jest użycie większego udziału materiałów elektrodowych zawierających metale szlachetne. Przy produkcji transformatorów piezoelektrycznych koszt materiałów elektrodowych stanowi około 2/3 całkowitego kosztu. Dlatego też, aby obniżyć koszty produkcji, niezbędny jest materiał piezoelektryczny transformatora piezoelektrycznego, ale działanie przeciwutleniające metalu nieszlachetnego w wysokiej temperaturze jest wyjątkowo słabe. Ze względu na prostotę i ekonomiczność procesu większość producentów urządzeń piezoelektrycznych w Chinach stosuje obecnie podczas produkcji spiekanie w atmosferze utleniającej. Gdy temperatura spiekania przekracza 1100°C, metal nieszlachetny, taki jak Ni, łatwo ulega utlenieniu, co zwiększa rezystancję styku pomiędzy elektrodą a materiałem ceramicznym i ma bardzo negatywny wpływ na urządzenie. W obecnej sytuacji istnieją dwa sposoby „metalizacji rutenu” elektrod urządzeń piezoelektrycznych: Po pierwsze, pod warunkiem, że nie ma to wpływu na działanie urządzenia, temperatura spiekania użytego materiału piezoceramicznego jest odpowiednio obniżona, zmniejszając w ten sposób prąd domowy. Ilość piezoceramiki z metali szlachetnych jest stosowana w szeroko rozpowszechnionym srebrnym materiale elektrod; druga to dokładna „metalizacja rutenu”, która jest spiekana w atmosferze redukującej. Realizacja drugiego sposobu dla obecnej produkcji elektronicznej ceramiki piezoelektrycznej w Chinach jest bardzo trudna. Ponieważ większość obecnych chińskich zakładów produkujących ceramikę elektroniczną wykorzystuje atmosferę utleniającą w piecu schodkowym. Uzyskanie spiekania redukcyjnego oznacza znaczną wymianę oryginalnego wyposażenia, co jest oczywiście nie do zniesienia w przypadku produkcji elektronicznej ceramiki piezoelektrycznej w Chinach, która rozpoczyna się późno. Dlatego osiągnięcie spalania niskostopniowego jest jednym z kierunków badań materiałów transformatorowych piezoelektrycznych dużej mocy. Taka wydajność istniejących materiałów bezołowiowych nie jest zadowalająca. Choć w dziedzinie badań piezoelektrycznych stosowanie materiałów bezołowiowych w miejsce istniejących materiałów PT czy PZT jest trendem przyszłości, który ze względu na istniejące uwarunkowania naukowo-technologiczne jest trudny do osiągnięcia w krótkim okresie. Jednocześnie Qm i Kp czystych materiałów PZT są parą wzajemnie się ograniczających czynników, jeden wysoki, drugi musi być niski. Dlatego też w dziedzinie badań materiałów piezoelektrycznych dużej mocy uwaga badaczy skupia się głównie na manianie lantanowo-ołowiowym (PMS), nimanianie ołowiu (PMN), niobianie ołowiowo-cynkowym (PZN) i innych składnikach oraz PZT. Badania układów trójwymiarowych, czwartorzędowych i wielowymiarowych. Z powyższych przykładów widać, że ceramika piezoelektryczna dużej mocy ma następujące cechy pod względem składu: głównymi składnikami ceramiki piezoelektrycznej dużej mocy są głównie PZT, a stosunek Zr/Ti jest bliski granicy quasi-homofazy. Wynika to głównie z istnienia quasi-homofazowej granicy pomiędzy rozluźnionym kompleksem ferroelektrycznym i piezoelektrykiem PZT. Ze względu na istnienie quasi-jednorodnej granicy faz istnieje duża przestrzeń dostosowawcza w zakresie doboru i projektowania składu materiału oraz parametrów użytkowych. Nowe wyniki badań nad granicą quasi-homofazy pokazują również, że C20-221: na granicy quasi-homofazy istnieje jednoskośna faza ferroelektryczna, a pomiędzy nimi może znajdować się oś polarna jednoskośnej fazy ferroelektrycznej. W dowolnym kierunku, tak aby w materiale kompozycji w pobliżu granicy quasi-homofazy ugięcie domeny podczas polaryzacji było łatwiejsze, a właściwości piezoelektryczne materiału w pobliżu granicy quasi-homofazy były optymalne. Ponieważ temperatura curie rozluźnionych ferroelektryków jest stosunkowo niska, np.: Pb (Z n, /3Nb2/3), jej Tc = 1400C, dlatego aby materiał miał wyższą temperaturę Tc, zawartość PZT w tych układach jest wyższa.

Komponenty dużej mocy są dodawane na wierzchu komponentu głównego, takie jak PMS, PMN, PZ N itp. Co więcej, elementy piezoelektryczne zawarte w tych zmodyfikowanych komponentach dodatkowych zwykle pełnią zarówno funkcje „dawcy”, jak i „akceptora”. Z wiedzy o piezoelektryce wiadomo, że do PZT w stanie donorowym dodawany jest element domieszkujący, co sprzyja tworzeniu wolnych miejsc kationowych, co korzystnie wpływa na rotację domeny podczas polaryzacji, a materiał staje się „miękki”; w przeciwnym razie, jeśli domieszkujący element piezoelektryczny wchodzi do PZT, stan sprzyja wytwarzaniu wakatów tlenowych i nie sprzyja rotacji domen, a materiał PZT jest stosunkowo twardy. Ostatecznie, ze względu na różne domieszki, właściwości materiału występują w dwóch różnych odmianach. Ponadto odpowiednie „miękkie” lub „twarde” domieszkowanie materiałów na bazie PZT również wpłynie na ogólne właściwości przeciwstarzeniowe materiału. Jest to porównanie właściwości ceramiki „miękkiej” i „twardej”. Z porównania widać, że podczas przygotowywania ceramiki piezoelektrycznej dużej mocy, ceramika PZT jest po prostu domieszkowana elementami „donora” lub „akceptora”. Różne, trudno jest spełnić wymagania „podwójnej wysokiej” i „podwójnej niskiej” dla materiałów piezoelektrycznych o dużej mocy. Dlatego konieczna jest „dwutorowa” czyli modyfikacja domieszkująca PZT (obejmująca „główny element dodatkowy” – domieszkujący element piezoelektryczny w postaci odprężającego ferroelektryka oraz „dodatkowy element” dodany w postaci utlenionej. Kiedy element piezoelektryczny jest domieszkowany, pewna ilość elementów piezoelektrycznych mających efekt domieszkowania donora i akceptora jest włączana w określonym stosunku, tak aby materiał osiągał najlepsze parametry przy oddziaływaniu obu domieszkowań Podobnie jak w powyższych przykładach, pierwiastek „dodatkowy dodatek” lub połączenie manganu Ni, cynku i manganu bizmutowego. Dodatkowo, gdy w procesie badawczym konieczne jest oddzielne dostosowanie właściwości „miękkiego” lub „twardego” materiału, można również wybrać pewne pierwiastki, takie jak Ming. Taki ślad może czasami również zapobiec wzrostowi ziaren kryształów podczas spiekania, a wydajność można zoptymalizować, stosując wiele domieszek. czujnik piezoceramiczny jest odpowiednio dobrany. Co więcej, odpowiedni dobór elementów „głównego plusa” i „pomocnika” może również w połączeniu z ołowiem podczas spiekania porcelany stworzyć przejściową fazę ciekłą, dzięki czemu materiał będzie można spiekać w porcelanę w niższej temperaturze, co obniży temperaturę spiekania.

Dzięki powyższej analizie dostępne są następujące zasady doboru i projektowania materiałów na piezoelektryczne transformatory ceramiczne dużej mocy:

(1) Główny materiał składowy jest wybierany przez PZT w celu zapewnienia wysokiej wytrzymałości materiału. Wreszcie można zagwarantować szeroki zakres temperatur roboczych transformatora piezoelektrycznego;
(2) Główny składnik Zr/Ti powinien być dobrany w pobliżu granicy quasi-homofazy, aby zapewnić dobrą aktywność piezoelektryczną materiału;
(3) Formowanie wieloskładnikowego materiału w celu dostosowania i ulepszenia materiału poprzez zastosowanie rozluźnionego materiału ferroelektrycznego lub elementu piezoelektrycznego posiadającego zarówno funkcję domieszkującą „donora”, jak i „akceptora”, jako element „pomocniczy” lub trzeci lub czwarty składnik. Jest to kompleksowe działanie.
(4) Odpowiednio dobrane „elementy pomocnicze”, takie jak srebro i antymon, mogą zapobiegać wzrostowi ziaren kryształów podczas spiekania, co korzystnie wpływa na uzyskanie drobnoziarnistej ceramiki i poprawia ogólne właściwości użytkowe materiałów.