Factorul de calitate mecanică ceramică piezoelectrică Qm și stabilitatea acestuia la temperatură

Valoarea factorului de calitate mecanic Qm caracterizează energia consumată de corpul piezoelectric pentru a depăși frecarea internă în timpul rezonanței. Se definește astfel: Qm = 2π .Energia mecanică stocată în vibrator în timpul rezonanței rezonează cu energia pierderii mecanice a vibratorului pe săptămână. Valoarea factorului Qm reflectă pierderea mecanică a materialului piezoelectric. Cu cât pierderea mecanică este mai mică, cu atât valoarea Qm este mai mare. Când se calculează valoarea Qm a materialului, se utilizează următoarea formulă aproximativă pentru schema de circuit echivalent a vibratorului piezoelectric:
Qm = 1/ 4π( C0 + C1) R1Δf ,

Unde C0 este capacitatea statică a tijă de cuarț cristal piezoceramic , R1 este rezistența echivalentă a rezonanței vibratorului, C1 este capacitatea dinamică a vibratorului și Δf este diferența dintre frecvența de rezonanță fr a vibratorului și frecvența antirezonantă fa. În general, se utilizează metoda liniei de transmisie. Se obțin Δf, R1 etc. și apoi se calculează Qm. Din funcția de energie liberă termodinamică, se discută sursa fizică a valorii Qm și se derivă formula: iar valoarea Q-1m se verifică experimental ca fiind proporțională cu pierderea dielectrică. În plus, în experiment pe baza acestui fapt, valoarea Qm este exprimată cantitativ în funcție de cantitatea de încărcare a spațiului și de rezistivitatea volumului și se obține formula empirică: Qm = (800 lgρ - 7 500) { ( Ps - Pi) / Ps - 0. 2} + 250. Unde ρ este valoarea de încărcare a materialului, iar rezistivitatea materialului este rezistivitatea vrac, P este valoarea de polarizare a materialului. valoarea de polarizare determinată pe bucla de histerezis obținută imediat după aplicarea câmpului electric alternativ, ( Ps - Pi) / Ps este echivalentul și cantitatea de încărcare spațială. Când ( Ps - Pi) / Ps ≥0. 2 , ρ ≥109Ω·cm, este în bună concordanță cu rezultatele experimentale. Atât teoretic, cât și experimental, s-au realizat esența și caracterizarea Qm. Discuție aprofundată. Acest lucru ne ajută să studiem în continuare dimensiunea lui Qm și stabilitatea sa la temperatură.

Măsurare pentru a îmbunătăți valoarea Qm și stabilitatea temperaturii

Modificarea dopajului
Pe lângă schimbarea raportului dintre sistemele binar, ternar și cuaternar, valoarea Qm a Discul piezo-ceramic din material PZT poate fi îmbunătățit într-o oarecare măsură, iar dopajul în componenta principală a materialului poate îmbunătăți în continuare proprietățile materialului, inclusiv mărimea și stabilitatea temperaturii valorii Qm. În studiul proprietăților piezoelectrice ale materialelor PZT dure prin dopaj cu mangan, s-a constatat că Mn poate ajusta valoarea Qm datorită modificării valenței în Mn. În plus, în sistemul cuaternar Pb ( Mg1/ 3Nb2/ 3) (Mn1/ 3Nb2/ 3) materialul piezoelectric TiZrO3 este dopat cu o anumită cantitate de CeO2, iar abaterea relativă maximă a Qm poate fi obținută în intervalul -20-55 °C (față de valoarea Qm la 25 °C) | δ( Qm) m | scade de la 42 % la 33 %; offset-ul relativ maxim al unei anumite formulări este aproape neschimbat atunci când Sr este dopat. Dopajul în materiale Pb (Mn1/ 3Sb2/ 3) O3 Sn îmbunătățește stabilitatea la temperaturi scăzute a Qm. Există două argumente pentru dopaj care explică stabilitatea temperaturii Qm. Se spune că deteriorarea proprietăților electrice ale materialelor piezoelectrice se datorează adesea microfisurilor din interiorul materialului. Cauzat de creștere. După dopaj pentru a intra în rețeaua cristalină, se generează stres de compresiune internă, care inhibă creșterea microfisurilor într-o oarecare măsură. Pentru a evita creșterea rezistenței de rezonanță a materialului și a asigura stabilitatea temperaturii Qm. Un alt mod de a spune că structura materialului de modificare a dopajului include dimensiunea granulelor, starea graniței, constanta rețelei, densitatea etc., rezultând proprietăți fizice macroscopice. imbunatatind astfel variatia de temperatura a valorii Qm. De obicei se adaugă aditivi duri precum Eu, Yb, Al2O3, MgO etc. pentru a crește valoarea Qm; în timp ce adăugați aditivi moi, cum ar fi Nb2O5, La2O3, Ta2O5 etc., scade valoarea Qm, iar stabilitatea temperaturii valorii Qm este mai bună decât dopajul dur.

Optimizarea procesului
Procesul de preparare a materialelor piezoceramice, în special prepararea, calcinarea, sinterizarea și polarizarea artificială a pulberilor, afectează direct densitatea, dimensiunea granulelor și proprietățile piezoelectrice ale probelor. În prezent, stabilitatea temperaturii Qm este îmbunătățită din procesul de preparare. Există anumite dificultăți, dar dimensiunea Qm este ajustată din procesul de pregătire. Au fost implicați mulți cercetători. De exemplu, ceramica TiZrO3 Cr3 + dopată cu ioni Pb (Mn1/ 3Nb2 / 3) este foarte sensibilă la temperatura de sinterizare, când temperatura de sinterizare crește, proprietățile piezoelectrice sunt întărite. Prin urmare, valoarea Qm poate fi controlată în mod flexibil prin modificarea temperaturii de sinterizare. Kawasaki compară dopajul cu prepararea convențională a pulberii prin dopaj prin injecție termică. Se discută că unii ioni de impurități precum Fe3 + vor crește valoarea Qm prin metoda injecției termice, în timp ce unii ioni precum Cr3 + reduc valoarea Qm. Procesul este optimizat pentru a pregăti materialul ceramic cu o performanță excelentă, adică ajustarea valorii Qm.

Teoretic, raportul material și modificarea dopajului sunt studiate. În practică, îmbunătățirea procesului este de a ajusta valoarea Qm a materialului ceramic piezoelectric și de a îmbunătăți stabilitatea temperaturii, astfel încât materialul ceramic piezoelectric să poată fi obținut mai pe scară largă. O metodă eficientă de aplicare.