Descrierea traductorului din material ceramic piezoceramic

Despre materialele ceramice piezoelectrice, ceramica piezoelectrică afișează cerințe ridicate privind proprietățile materialelor ceramice piezoelectrice, cum ar fi constanta de tensiune electrică de înaltă tensiune, punctul de curie ridicat, coeficientul de cuplare electromecanic ridicat și constanta de înaltă frecvență. Cea mai utilizată ceramică piezoelectrică este PZT (titanat de zirconat de plumb) pe bază de Traductor ceramic piezoelectric din material Pzt , datorită efectului piezoelectric remarcabil, are o temperatură ridicată, rezistență puternică la radiații și o integrare ușoară cu tehnologia de integrare a semiconductorilor. Dar este dăunător pentru corpul uman și pentru mediu. Prin urmare, oamenii au început să caute materiale ceramice piezoelectrice fără plumb cu performanțe excelente.

Cele mai cercetate materiale ceramice piezoelectrice fără plumb în țară și în străinătate includ în principal următoarele sisteme: ceramică piezoelectrică fără plumb pe bază de titanat de bariu; ceramică piezoelectrică fără plumb pe bază de titanat de bariu; ceramică piezoelectrică fără plumb pe bază de tantalat și ceramică piezoelectrică fără plumb cu structură stratificată de tantal.

Ceramica piezoelectrică fără plumb pe bază de titanat de bariu

Cercetarea și aplicarea titanatului de bariu (BaTiO3) pe bază de fără plumb traductoarele piezo-ceramice au fost destul de mature. Cu toate acestea, temperatura de curie a ceramicii BaTiO3 este scăzută (Tc=120), intervalul de temperatură de funcționare este îngust, iar performanța ceramicii piezoelectrice este moderată. Este dificil să îmbunătățiți considerabil proprietățile piezoelectrice prin modificarea dopajului și există o tranziție de fază aproape de temperatură. Prin urmare, aplicarea sa de ceramică piezoelectrică este limitată. Titanatul de bariu ceramic piezoelectric fără plumb pe bază de titanat de bariu stronțiu și Bi0.5Na0.5TiO3 (BNT) este un reprezentant tipic al seriei de titanat. BNT are caracteristicile feroelectricilor relaxați, care are polarizare remanentă relativ mare și câmp coercitiv extrem de ridicat (7,5 kV/mm) și are un coeficient piezoelectric mare (kt, kp aproximativ 50%), performanță excelentă a dielectricului, cum ar fi coeficient mic (240~340) și performanță acustică bună (frecvența sa constantă 0HNP=320). Datorită câmpului său electric coercitiv ridicat și conductivității electrice ridicate în regiunea fazei feroelectrice, polarizarea este dificilă, ceea ce face dificilă producerea ceramicii piezoelectrice practice. Pentru a depăși deficiențele polarizării piezo-ceramice BNT și dificultatea sinterizării în probe dense, se adaugă o varietate de perechi de dopanți cu structură perovskită. BNT este modificat. Prin introducerea de elemente precum Pb, Ba, Ca, Sr, Mn etc., intensitatea câmpului coercitiv a BNT este prea mare, iar dificultatea de polarizare cauzată de conductivitatea ridicată a fazei feroelectrice BNT este evitată, iar polarizarea materialului BNT este rezolvată cu succes.

Ceramica piezoelectrică fără plumb pe bază de bismut:

Ceramica piezoelectrică fără plumb pe bază de bismut include în principal NaNbO3, KNbO3, LiNbO3 și altele asemenea. The Traductoarele ceramice piezo emisfere au avantajele densității scăzute, vitezei acustice ridicate, factorului de calitate mecanic mare Qm, coeficient de cuplare electromecanic mare kp, constantă dielectrică scăzută, performanță piezoelectrică ridicată, constantă de frecvență mare etc., astfel încât ceramica piezoelectrică pe bază de tantalat este un dispozitiv de frecvență și material preferat. Cu toate acestea, din cauza volatilității materialului metalic, este dificil să se obțină piezo-ceramică cu o compactitate bună printr-un procedeu ceramic convențional, care deteriorează proprietățile ceramicii. Ceramica densă NaNbO3-KNbO3 poate fi obținută prin presare la cald sau prin procesul de presare izostatică, iar stabilitatea la temperatură a materialului este mult îmbunătățită, iar densitatea relativă poate ajunge la 99%.

În aplicațiile practice, unele caracteristici inerente ale traductorului ceramic cilindric piezoceramic (cum ar fi histerezis, fluaj etc.) au un impact mare asupra controlului de înaltă precizie a deplasării. Pentru a reduce influența histerezii ceramicii piezoelectrice asupra ieșirii deplasării, cercetătorii străini au propus multe metode de compensare. În prezent, metoda de eliminare a histerezisului este, în general, controlul în buclă închisă în procesul de control. Acest mod necesită un senzor suplimentar de deplasare pentru a măsura deplasarea și a o compara cu deplasarea țintă a controlerului pentru a forma un mecanism complex de reglare a controlului. 

Sub acțiunea câmpului electric alternativ, traductoarele piezopolarizate cu ultrasunete vor prezenta degradare macroscopică feroelectrică datorită scăderii activității peretelui domeniului feroelectric. Microfisurile, delaminarea sau fracturile apar adesea la oboseala indusă de material și de câmp. Motivul intrinsec se datorează în principal diferenței de interfață cu proprietăți. Coeficientul de dilatare termică la interfața dintre ceramica piezoelectrică și electrod este diferit sau există o reacție chimică, care afectează negativ performanța la oboseală a ceramicii piezoelectrice. Forța de lipire a interfeței este mult îmbunătățită prin încorporarea pulberii de electrod în materialul ceramic sau prin încorporarea pulberii ceramice și a electrodului original. Câmpul electric și temperatura sunt principalii factori externi care afectează performanța la oboseală. Un studiu a doi factori poate constata că câmpul este mai puternic decât intensitatea câmpului coercitiv sau frecvența este mare, ceea ce va provoca oboseală electrică. În plus, într-un anumit interval de temperatură, rezistența la oboseală crește odată cu creșterea temperaturii. Când temperatura depășește o anumită valoare critică, materialul intră în faza paramagnetică și dispare fenomenul de oboseală.

Se așteaptă ca afișajele ceramice piezoelectrice să depășească deficiențele afișajelor curente principale care sunt susceptibile la interferențe electromagnetice, puncte moarte, gravare etc. și au perspective largi de piață. Rețeaua de acționare a afișajelor ceramice piezoelectrice poate fi fabricată printr-un proces de matriță de siliciu sau un proces de depunere electroforetică, iar o ceramică piezoelectrică pe bază de plumb poate fi înlocuită cu o ceramică piezoelectrică fără plumb cu o structură pe bază de tantal și structurată cu tantal. În ciuda unor progrese în dezvoltarea ecranelor ceramice piezoelectrice, există încă o serie de probleme cheie legate de tehnologia proceselor care trebuie abordate:

(1) Deși performanța unor ceramice piezoelectrice fără plumb este excelentă, există încă un decalaj mare în comparație cu ceramica piezoelectrică pe bază de PZT, iar proprietățile piezoelectrice ar trebui îmbunătățite în continuare prin măsurarea modificării și îmbunătățirea procesului;

(2) Pentru ca acuratețea de histerezis și de compensare a fluajului traductorului de presiune piezoelectric să îndeplinească mai bine cerințele controlului poziționării de ultra-înaltă precizie, oamenii de știință trebuie să studieze în continuare compensarea corecției sau controlul eficient prin experimente pentru a reduce driverul ceramic piezoelectric. Influența fluajului asupra preciziei de poziționare;

(3) În prezent, cercetarea oboselii induse de câmp se concentrează în cea mai mare parte pe câmpul electric și câmpul de temperatură, dar cercetarea pe câmpul cu cuplare multi-câmp lipsește, dar dispozitivele ceramice piezoelectrice reale funcționează în condiții de cuplare cu mai multe câmpuri, deci este necesar să se consolideze studiul mecanismului de oboseală indusă de câmp în cuplarea cu mai multe câmpuri.