Language
Wyświetlenia: 2 Autor: Edytor witryny Czas publikacji: 2020-03-16 Pochodzenie: Strona
Ceramiczne mikrosiłowniki piezoelektryczne to siłowniki półprzewodnikowe nowego typu, wykonane w oparciu o odwrotny efekt piezoelektryczny. Są szeroko stosowane w dziedzinach zaawansowanych technologii, takich jak optyka precyzyjna, mikromechanika, mikroelektronika i zastosowania komputerowe. Zastosowania te wymagają, aby piezoelektryczne urządzenia ceramiczne były małe, niskie napięcie sterujące, duże przemieszczenie i integracja. W przeszłości grubość pojedynczej membrany ceramicznej wpływała na wielowarstwowe piezoelektryczne mikrosiłowniki ceramiczne utworzone przez połączenie ceramiki piezoelektrycznej za pomocą kleju. Ograniczenia (wytworzenie monolitu ceramicznego o grubości 200 μm lub mniejszej jest dość trudne), urządzenia nie można zminiaturyzować i zintegrować, a kleju w urządzeniu, ponieważ urządzenie generuje duże pełzanie pod wpływem pola elektrycznego, co nie sprzyja precyzji kontroli przemieszczenia, szczególnie w przypadku urządzenia pod działaniem silnego pola elektrycznego przez długi czas, klej łatwo odpada z powierzchni Arkusz elementów do spawania pierścieniem piezoelektrycznym , powodując pogorszenie wydajności urządzenia, a nawet zjawisko pękania urządzenia, skracając żywotność urządzenia, przynosząc ogromne korzyści w zastosowaniu. W ostatnich latach wielowarstwowa ceramika piezoelektryczna z chipami otrzymywana w procesie zielonego odlewania piezoceramiki i technologii współwypalania zielonej folii lanej piezoceramiki oraz ceramicznego mikrosiłownika z elektrodą wewnętrzną (MMPA) to nowy typ funkcjonalnego urządzenia ceramicznego o doskonałej wydajności, nadającego się do produkcji na dużą skalę. Dzięki procesowi odlewania na tym wielowarstwowym urządzeniu chipowym można łatwo wytworzyć warstwę o grubości mniejszej niż 100 μm. Po wypaleniu warstwy piezoceramiki są bezpośrednio łączone z elektrodą wewnętrzną bez konieczności stosowania klejenia. Dlatego urządzenie można zminiaturyzować i zminiaturyzować, znacznie poprawia się również wydajność pełzania urządzenia, a zjawisko nakładania się warstw pomiędzy warstwami ceramicznymi ulega znacznej poprawie. Można go skutecznie pokonać, co znacznie poprawia żywotność urządzenia. W tym artykule opisano rodzaj wielowarstwowego chipa i ciśnienie w układzie PZT o dużej zawartości ołowiu, uzyskane przy użyciu technologii odlewania ceramicznego i technologii współwypalania zielonej folii ceramicznej / metalowej elektrody wewnętrznej. Jest to pierwszy w tym kraju elektryczny mikrosiłownik ceramiczny. W artykule zbadano głównie charakterystykę statyczną i dynamiczną przemieszczenia tego urządzenia.
Proces przygotowania wielowarstwowego mikrosiłownika piezoelektrycznego z chipem ceramicznym musi przejść przez 10 głównych etapów procesu: najpierw w procesie przygotowania elektronicznej ceramiki piezoelektrycznej przygotowuje się miękki trójskładnikowy proszek ceramiczny piezoelektryczny PZT o dużym współczynniku odkształcenia piezoelektrycznego. Wzór cząsteczkowy to xPb(Zn1/3Nb2/3)O3+yPbZrO3+zPbTiO3,(PZN-PZ-PT), (x+y+z=1),
Następnie proszek ceramiczny pzt i dodatek organiczny miesza się równomiernie w określonym stosunku ciało stałe do cieczy, aby uzyskać jednolitą zawiesinę ceramiczną, a zawiesinę ceramiczną wlewa się do leja zasypowego na maszynie odlewniczej w celu odlewania. I prędkość nośnika organicznego, aby przygotować jednolitą, gęstą, wylewaną zieloną folię o określonej grubości. Z zielonej folii odlewanej wycina się zieloną folię ceramiczną pzt o określonym kształcie i wzór z wzorzystą pastą elektrodową, a następnie zieloną folię ceramiczną zadrukowaną elektrodami umieszcza się w specjalnej formie i laminuje w określonej kolejności, aby uzyskać wielowarstwową piezoceramikę. Po pocięciu wielowarstwowego korpusu z wielu wielowarstwowych urządzeń ceramicznych w zależności od wielkości obszaru aktywnego urządzenia, należy je umieścić w tyglu z czystego Al2O3 i powoli spakować razem. Obydwa końce wielowarstwowego urządzenia chipowego pokryte są zewnętrznymi elektrodami Ag, wypalonymi srebrem 650 C, polaryzacja wysokotemperaturowa (czas polaryzacji 30min, pole elektryczne 4000V/mm, temperatura 140C). Konwekcyjną grubą warstwę i wewnętrzną elektrodę wysokotemperaturową, a na koniec uzyskano wielowarstwowy chip piezoelektryczny ceramiczny mikrosiłownik o powierzchni aktywnej 5 mm × 6 mm i całkowitej grubości 2 mm (piezoelektryczna warstwa ceramiczna składa się z 35 warstw, każda warstwa ma grubość 47 μm, a górna i dolna warstwa powierzchniowa mają grubość około 120 μm).
Współczynnik odkształcenia piezoelektrycznego d33 pomiarów elementów piezoceramicznych dokonał Instytut Akustyki Chińskiej Akademii Nauk. Mikrostrukturę mikroobszaru urządzenia wielowarstwowego obserwowano za pomocą skaningowego mikroskopu elektronowego (SEM) wyprodukowanego przez Fabrykę Instrumentów Chińskiej Akademii Nauk. Wartość przemieszczenia elektrycznego mikrosiłownika ceramicznego jest sprawdzana za pomocą wyprodukowanego cyfrowego testera indukcyjności z wyświetlaczem DGS-6. Rozdzielczość wynosi 0,01 μm. Przemieszczenie dynamiczne sprawdzane jest pojedynczą wiązką lasera zgodnie z zasadą efektu doppela. Rozdzielczość wynosi 0,005 μm.
W przypadku ceramiki piezoelektrycznej poddawanej stałemu naprężeniu zewnętrznemu, gdy napięcie zostanie przyłożone do dwóch powierzchni prostopadłych do kierunku jej grubości (kierunek polaryzacji) i biorąc pod uwagę jedynie odkształcenie piezoelektryczne do odkształcenia liniowego, z równania piezoelektrycznego można poznać, że ciśnienie. Wyrażone jest przemieszczenie Δcałej ceramiki elektrycznej w kierunku grubości wzdłużnej.
Gdzie d33 to współczynnik odkształcenia piezoelektrycznego, V to przyłożone napięcie, a t to grubość monolitu ceramicznego. Równanie pokazuje, że przy przyłożonym napięciu następuje zmiana wielkości przemieszczenia blachy piezoelektrycznej w kierunku grubości i piezoelektryka. Współczynnik odkształcenia d33 jest proporcjonalny do przyłożonego napięcia V i nie ma nic wspólnego z grubością; jednakże w przypadku zmiany przyłożonego pola elektrycznego przemieszczenie generowane przez urządzenie jest nie tylko proporcjonalne do współczynnika piezoelektrycznego d33 i pola elektrycznego, ale także proporcjonalne do grubości. Jest ono proporcjonalne. Można zauważyć, że przemieszczenie ceramiki piezoelektrycznej w kierunku grubości jest powiązane z trybem pracy napędu przemieszczenia wybranego przez ceramikę piezoelektryczną. Podczas stosowania należy wziąć pod uwagę jednocześnie dwa czynniki: przyłożone napięcie i pole elektryczne. Zastosowanie w polu elektrycznym bliskim załamania; jednocześnie napięcie robocze powinno być jak najniższe, a przemieszczenie możliwie duże.
W przypadku urządzenia o określonym przyłożonym napięciu zmniejszenie grubości arkusza ceramicznego może osiągnąć cel zmniejszenia rozmiaru urządzenia w kierunku grubości. Dlatego też, gdy wielowarstwowy arkusz piezoceramiczny jest połączony mechanicznie szeregowo, elektrycznie równolegle, a warstwa piezoceramiczna razem, kierunek polaryzacji sąsiedniego przetwornika piezoceramicznego przyjmuje strukturę odwrotną. W ten sposób, po przyłożeniu napięcia roboczego do wielowarstwowego piezoelektrycznego mikrosterownika ceramicznego, nakłada się jego przemieszczenie wzdłużne, które można wyrazić.
Gdzie N jest liczbą laminatów piezoceramicznych, to znaczy przemieszczenie wielowarstwowego mikrosiłownika ceramicznego piezoelektrycznego jest zwiększone N razy w porównaniu z pojedynczym kawałkiem ceramiki piezoelektrycznej. Jednakże, gdy przemieszczenie opiera się na polu elektrycznym wywieranym przez każdy piezoelektryczny arkusz ceramiczny. Gdy wielkość zmiany wynosi, można wyrazić równanie (2).
Gdzie t to grubość każdej warstwy ceramiki piezoelektrycznej, a l to całkowita grubość urządzenia wielowarstwowego. Porównując wyrażenia równań (3) i (1), można stwierdzić, że gdy jest to całkowita grubość urządzenia wielowarstwowego. Gdy grubość t jest taka sama, oba równania są takie same, co wskazuje, że gdy natężenie pola elektrycznego przyłożonego przez każdy element ceramiki piezoelektrycznej w urządzeniu wielowarstwowym jest takie samo jak w przypadku pojedynczego elementu ceramiki piezoelektrycznej, wielkość przemieszczenia obu elementów jest równa. Przyłożone napięcie jest N razy niższe niż w przypadku monolitycznej ceramiki piezoelektrycznej.
Z powyższej analizy wynika, że chociaż monolityczna ceramika piezoelektryczna może również osiągnąć przemieszczenie w skali mikronowej poprzez zwiększenie grubości warstwy, przyłożone napięcie robocze musi wynosić tysiące woltów, co nie sprzyja zastosowaniu. Jako wielkość zmiany ma dwie różne funkcje: wzmacniania wielkości przemieszczenia i zmniejszania napięcia roboczego. Zwłaszcza gdy urządzenie wielowarstwowe utrzymuje stałe pole elektryczne, całkowitą grubość można zwiększyć poprzez zwiększenie liczby warstw urządzenia. Dlatego jest stosowany praktycznie. Gdy urządzenia wielowarstwowe nie tylko mają większą wyporność, ale także mogą skutecznie zmniejszyć napięcie robocze.
całkowita grubość wynosi 2 mm (piezoelektryczna warstwa ceramiczna składa się z 35 warstw, każda warstwa ma grubość 47 μm, a górna i dolna warstwa powierzchniowa mają grubość około 120 μm), która jest przygotowywana w procesie odlewania pustej folii ceramicznej i technologii współwypalania elektrody wewnętrznej ceramiczno-metalowej. Białe równoległe paski na zdjęciu to metalowe elektrody wewnętrzne z warstwami ceramiki PZT pomiędzy elektrodami wewnętrznymi. W skórze można zaobserwować wiele porów o wielkości kilku mikronów Pierścień piezoceramiczny . Dzieje się tak za sprawą ceramicznego odlewu. Materiały organiczne, takie jak spoiwa i plastyfikatory, zajmują pewną część zielonej folii. Kiedy ceramika i elektrody wewnętrzne są współspalane, ulatnianie się materiałów organicznych w tych warstwach powoduje powstanie wielu dużych porów w warstwie ceramicznej PZT. Jednakże pory te należą do serii PZT. Odlewany arkusz ceramiczny nie wpływa znacząco na właściwości elektromechaniczne warstwy ceramicznej pzt. Wynik ten jest w zasadzie zgodny ze współczynnikiem elektromechanicznym sztywnej ceramiki piezoelektrycznej PBNN przygotowanej metodą odlewania. Można zatem uznać, że parametry elektromechaniczne ceramiki piezoelektrycznej otrzymanej metodą odlewania są w zasadzie takie same, jak blachy ceramicznej metodą prasowania na sucho.
