Language
Vizualizări: 2 Autor: Editor site Ora publicării: 2020-03-16 Origine: Site
Microactuatoarele piezoelectrice ceramice sunt actuatoare de tip nou solid realizate folosind efectul piezoelectric invers. Sunt utilizate pe scară largă în domenii de înaltă tehnologie, cum ar fi optica de precizie, micromecanica, microelectronica și aplicațiile computerizate. Aceste aplicații necesită ca dispozitivele ceramice piezoelectrice să fie mici, tensiune de antrenare scăzută, deplasare mare și integrare. În trecut, microactuatoarele ceramice piezoelectrice multistrat formate prin lipirea ceramicii piezoelectrice cu un adeziv au fost afectate de grosimea diafragmei ceramice unice. Limitare (Este destul de dificil să se realizeze un monolitic ceramic cu o grosime de 200 μm sau mai puțin), dispozitivul nu poate fi miniaturizat și integrat, iar adezivul în dispozitiv, deoarece dispozitivul generează fluaj mare sub acțiunea unui câmp electric, ceea ce nu este propice pentru precizia controlului deplasării, în special dispozitivul sub acțiunea unui câmp electric ridicat, este ușor de îndepărtat pentru o perioadă lungă de timp. Foaie de componente de sudură inel piezo , provocând deteriorarea performanței dispozitivului și chiar fenomenul de rupere a dispozitivului, scurtând durata de viață a dispozitivului, aducând mari beneficii aplicației. În ultimii ani, ceramica piezoelectrică cu cip multistrat obținut prin utilizarea procesului de turnare verde a piezoceramicului și a tehnologiei de co-ardere a filmului verde piezoceramic turnat și micro-actuatorul ceramic cu electrod intern (MMPA) este un nou tip de dispozitiv ceramic funcțional cu performanțe excelente, potrivit pentru producția la scară largă. Acest dispozitiv cu cip multistrat este ușor de produs o grosime a filmului mai mică de 100 μm datorită procesului de turnare. După ardere, straturile piezoceramice sunt lipite direct de electrodul intern fără a fi nevoie de lipire adeziv. Prin urmare, dispozitivul poate fi miniaturizat și miniaturizat, performanța de fluaj a dispozitivului este, de asemenea, mult îmbunătățită, iar fenomenul de stratificare între straturile ceramice este mult îmbunătățit. Este depășit eficient, ceea ce îmbunătățește foarte mult durata de viață a dispozitivului. Acest articol raportează un tip de cip multistrat și o presiune ridicată a sistemului PZT de plumb, realizată prin utilizarea tehnologiei de turnare ceramică și a tehnologiei de ardere în comun a filmului verde ceramic / electrod intern din metal. Este prima dată pentru un microactuator electric ceramic din această țară. Această lucrare studiază în principal caracteristicile de deplasare statică și dinamică ale acestui dispozitiv.
Fluxul procesului pentru prepararea unui micro-actuator ceramic piezoelectric cu cip multistrat trebuie să treacă prin 10 pași principali ai procesului: în primul rând, o pulbere ceramică piezoelectrică ternară moale PZT cu un coeficient mare de deformare piezoelectrică este pregătită printr-un proces electronic de preparare a ceramicii piezoelectrice. Formula moleculară este xPb(Zn1/3Nb2/3)O3+yPbZrO3+zPbTiO3,(PZN-PZ-PT), (x+y+z=1),
Apoi, pulberea ceramică pzt și aditivul organic sunt amestecate uniform într-un anumit raport solid/lichid pentru a obține o suspensie ceramică uniformă, iar suspensia ceramică este turnată într-un buncăr pe o mașină de turnare pentru turnare. Și viteza de transport organic pentru a pregăti o peliculă verde uniformă, densă, turnată, cu o anumită grosime. Filmul verde turnat este perforat într-o peliculă verde ceramică pzt de o anumită formă și un model cu o pastă de electrozi model, iar apoi filmul verde ceramic imprimat cu electrozi este plasat într-o matriță specială și laminată într-o anumită ordine pentru a obține o ceramică piezo-strat multistrat. După tăierea corpului multistrat al dispozitivelor ceramice multistrat în funcție de dimensiunea zonei active a dispozitivului, puneți-le într-un creuzet pur de Al2O3 și împachetați-le încet împreună. Cele două capete ale dispozitivului cu cip multistrat sunt acoperite cu electrozi externi Ag, argint 650 C ars, polarizare la temperatură înaltă (timp de polarizare 30min, câmp electric 40001V / mm, temperatura). Film gros de convecție și electrod intern de temperatură înaltă, și în cele din urmă a obținut un micro-actuator ceramic piezoelectric cu cip multistrat cu o suprafață activă de 5 mm × 6 mm și o grosime totală de 2 mm (stratul ceramic piezoelectric este de 35 de straturi, fiecare strat este de 47 μm grosime și straturile de suprafață superioară și inferioară sunt de aproximativ 120 μm).
Coeficientul deformarii piezoelectrice d33 al componentele piezo-ceramice au fost măsurate de Institutul de Acustica al Academiei Chineze de Științe. Microstructura micro-zonei a dispozitivului multistrat a fost observată cu un microscop electronic cu scanare (SEM) produs de Fabrica de instrumente a Academiei Chineze de Științe. Valoarea deplasării micro-actuatorului electric ceramic este testată de testerul de inductanță cu afișaj digital DGS-6 produs. Rezoluția este de 0,01 μm. Deplasarea dinamică este testată de un singur fascicul laser conform principiului efectului doppel. Rezoluția este de 0,005 μm.
Pentru o ceramică piezoelectrică este supusă unei solicitări externe constante, atunci când o tensiune este aplicată pe două suprafețe perpendiculare pe direcția grosimii acesteia (direcția de polarizare), și luând în considerare doar deformarea piezoelectrică la deformarea liniară, se poate ști din ecuația piezoelectrică că presiunea. Deplasarea Δll a ceramicii electrice în direcția grosimii longitudinale este exprimată.
Unde d33 este coeficientul de deformare piezoelectrică, V este tensiunea aplicată și t este grosimea monolitului ceramic. Ecuația arată că atunci când tensiunea aplicată este cantitatea de modificare, deplasarea foii piezoelectrice în direcția grosimii și piezoelectricul .Coeficientul de deformare d33 este proporțional cu tensiunea aplicată V și nu are nimic de-a face cu grosimea; totuși, atunci când câmpul electric aplicat este modificat, deplasarea generată de dispozitiv nu este doar proporțională cu coeficientul piezoelectric d33 și câmpul electric, ci și proporțională cu grosimea Este proporțională. Se poate observa că deplasarea ceramicii piezoelectrice în direcția grosimii este legată de modul de lucru al mecanismului de deplasare selectat de ceramica piezoelectrică. Când se aplică, cei doi factori ai tensiunii aplicate și câmpului electric trebuie luați în considerare în același timp. Aplicare sub câmp electric aproape de rupere; în același timp, tensiunea de lucru ar trebui să fie cât mai mică posibil, iar deplasarea să fie cât mai mare posibil.
Pentru un dispozitiv cu o anumită tensiune aplicată, reducerea grosimii foii ceramice poate atinge scopul de a reduce dimensiunea dispozitivului în direcția grosimii. Prin urmare, atunci când foaia piezoceramică multistrat este conectată mecanic în serie, conectată electric în paralel și stratul piezoceramic împreună, direcția de polarizare a traductorului piezoceramic adiacent ia structura inversă. În acest fel, atunci când microdriverul ceramic piezoelectric multistrat este aplicat cu o tensiune de funcționare, se suprapune deplasarea longitudinală a acestuia, care poate fi exprimată.
Unde N este numărul de laminate piezo-ceramice, adică deplasarea micro-actuatorului ceramic piezoelectric multistrat este mărită de N ori în comparație cu o singură bucată de ceramică piezoelectrică. Totuși, atunci când deplasarea se bazează pe câmpul electric aplicat de fiecare foaie ceramică piezoelectrică Când cantitatea de modificare este, ecuația (2) poate fi exprimată.
Unde t este grosimea fiecărui strat de ceramică piezoelectrică și l este grosimea totală a dispozitivului multistrat. Comparând expresiile ecuațiilor (3) și (1), se poate constata că când este grosimea totală a dispozitivului multistrat. Când grosimea t este aceeași, cele două ecuații sunt aceleași, ceea ce indică faptul că atunci când intensitatea câmpului electric aplicată de fiecare piesă ceramică piezoelectrică a dispozitivului multistrat este aceeași cu cea a unei singure piese de ceramică piezoelectrică, cantitatea de deplasare a celor două este egală. Tensiunea aplicată este de N ori mai mică decât cea a unei ceramice piezoelectrice monolitice.
Din analiza de mai sus se poate observa că, deși ceramica piezoelectrică monolitică poate obține și o deplasare la scară micron prin creșterea grosimii filmului, tensiunea de lucru aplicată trebuie să fie de mii de volți, ceea ce nu este propice aplicării. Ca mărime de schimbare, are două funcții diferite de amplificare a cantității de deplasare și de reducere a tensiunii de funcționare. În special atunci când dispozitivul multistrat menține constant câmpul electric, grosimea totală poate fi mărită prin creșterea numărului de straturi ale dispozitivului. Prin urmare, se aplică practic. Când dispozitivele cu mai multe straturi nu numai că au o deplasare mărită, dar pot și reduce în mod eficient tensiunea de funcționare.
grosimea totală este de 2 mm (stratul ceramic piezoelectric este de 35 de straturi, fiecare strat are o grosime de 47 μm, iar straturile de suprafață superioară și inferioară sunt fiecare de aproximativ 120 μm grosime), care este pregătită prin procesul de turnare a filmului semifabricat ceramic și tehnologia de co-ardere a electrodului intern ceramic / metal. Dungile albe paralele din imagine sunt electrozi interni metalici cu straturi ceramice pzt între electrozii interni. Mulți pori cu o dimensiune de câțiva microni pot fi observați în inel piezo-ceramic . Acest lucru se datorează turnării ceramice. Materialele organice precum lianții și plastifianții ocupă o anumită proporție în filmul verde. Când ceramica/electrozii interni sunt co-arși, volatilizarea materialelor organice din aceste filme provoacă mulți pori mari în stratul ceramic pzt. Cu toate acestea, acești pori sunt în seria PZT. Caracteristicile electromecanice ale stratului ceramic pzt nu sunt serios afectate in tabla ceramica turnata. Acest rezultat este practic în concordanță cu coeficientul electromecanic al ceramicii piezoelectrice rigide PBNN preparate prin metoda turnării. Prin urmare, se poate considera că parametrii electromecanici ai piezo-ceramicii obținuți prin metoda turnării sunt practic aceiași cu cei ai foii ceramice prin metoda presarii uscate.
