Studiu asupra procesului de polarizare a ceramicii piezoelectrice PZT

Traductorul cu cristal piezoelectric este utilizat pe scară largă în domeniul electronicii, luminii, căldurii și acusticii și au devenit materiale funcționale importante în industria de apărare, industria civilă și viața de zi cu zi. Ele reprezintă o direcție majoră de cercetare a materialelor funcționale actuale. În prezent, cea mai utilizată ceramică piezoelectrică este încă titanatul de zirconat de plumb (PZT) și ceramica sa ternară sau cuaternară. Procesul de polarizare este un proces cheie în fabricarea dispozitivelor ceramice piezoelectrice. Procesul de polarizare este procesul de mișcare și dezvoltare a structurilor de domenii în ceramica piezoelectrică. Ceramica piezoelectrică este corpuri izotrope înainte de polarizarea artificială și nu prezintă efect piezoelectric în exterior; dupa polarizare devin corpuri anizotrope datorita polarizarii remanente, avand astfel efect piezoelectric. Proprietățile dielectrice și elastice ale ceramicii piezoelectrice polarizate sunt legate de gradul de polarizare. Pentru a face ca ceramica piezoelectrică să aibă un grad ridicat de polarizare și să dea joc deplin potențialelor lor proprietăți piezoelectrice, este necesar să se adopte condițiile optime de polarizare, adică să se selecteze intensitatea corespunzătoare a câmpului electric de polarizare (E) și temperatura de polarizare (T). Și timpul de polarizare (t). Cele trei condiții ale procesului de polarizare sunt interdependente. Dacă câmpul electric de polarizare este slab, acesta poate fi compensat prin creșterea temperaturii și prelungirea timpului de polarizare; dacă câmpul electric este puternic și temperatura este ridicată, timpul de polarizare poate fi scurtat. Cu toate acestea, cele trei condiții de polarizare sunt strâns legate de compoziția ceramicii piezoelectrice. Pentru materialele ceramice piezoelectrice PZT, câmpul electric coercitiv este redus. Metoda tradițională este de a ajusta raportul zirconiu la titan. Cu cât raportul zirconiu/titan este mai mare, cu atât câmpul electric coercitiv este mai mic, astfel încât câmpul electric de polarizare este mai mic. Creșterea raportului zirconiu la titan nu îmbunătățește semnificativ condițiile procesului de polarizare.

În producție și cercetare științifică, anumiți oxizi și compuși sunt adesea utilizați ca urme de aditivi pentru a îmbunătăți performanța materialelor ceramice piezoelectrice. Aceste urme de aditivi înlocuiesc pozițiile unor ioni de titan și zirconiu în PZT, ceea ce face ca domeniul din boabe să se miște cu ușurință, ceea ce duce la o reducere semnificativă a câmpului electric coercitiv și, de asemenea, la reducerea celor trei condiții de polarizare. Usor de polarizat. După o perioadă lungă de experimente repetate, se determină că filtrul ceramic piezoelectric de 6,5 MHz este realizat din PZT modificat și compoziția sa este Pb0. 90 Sr0. 05Mg0. 03Ba0. 02 (Zr0. 53 Ti0. 47 ) O3 +CeO2 + După ce materia primă ceramică piezoelectrică este prearsă, formată, arsă și lustruită, se formează un disc piezoceramic rotund de 24 mm × 0,35 mm și, după ce este argintiu pe ambele părți ale piesei piezoceramice rotunde, se pune la cuptor pentru mai mult de 10 °C. min, și scoateți plăcile din stratul argintiu. Apoi, placa piezo de argint este plasată într-un cuptor cu cutie, iar temperatura este ridicată la 100 ° C la o temperatură constantă de 15 ° C / 6 min, iar temperatura este crescută la 0,5 ° C. Temperatura este ridicată la o temperatură constantă de 15 ° C / 6 min. La 400 °C, temperatura a fost ridicată la 700 °C la o temperatură constantă de 20 °C / 6 min. După o temperatură constantă de 20 de minute, temperatura a fost scăzută încet la sub 100 °C. Piesele de porțelan placate cu argint au fost plasate la temperatura camerei timp de 12 ore, plasate într-o baie de ulei siliconic și supuse tratamentului de polarizare în diferite condiții de polarizare. Proprietățile piezoelectrice ale Tubul piezoelectric tangențial a fost măsurat după ce a stat în picioare timp de 24 de ore.

Efectul câmpului electric polarizat asupra proprietăților piezoelectrice

În procesul de polarizare, câmpul electric de polarizare este forța motrice externă pentru direcția domeniului. În cazul în care nu se depășește intensitatea câmpului de saturație a materialului, cu cât E mai mare, cu atât efectul orientării alinierii domeniului este mai mare și gradul de polarizare Cu cât este mai complet, cu atât performanța piezoelectrică este mai bună. Electronii care sunt greu de deviat sau reorientat la presiune joasă sunt mai susceptibili la deviație sau reorientare la presiune înaltă, ceea ce face polarizarea mai completă. Pentru un domeniu de inversare de 180°, inversarea domeniului nu orientează domeniul invers prin mișcarea laterală a peretelui domeniului său, ci mai degrabă crește multă polarizare în apropierea electrodului de-a lungul marginii probei în interiorul domeniului de inversare. Un domeniu nou, ascuțit, cu o direcție compatibilă cu direcția câmpului electric. După nuclearea noului domeniu, acesta avansează sub acțiunea unui câmp electric și pătrunde în întreaga probă. Când câmpul electric este îmbunătățit, noi domenii apar continuu, iar dezvoltarea directă se propagă la întregul domeniu invers. În cele din urmă, domeniul invers devine același cu direcția câmpului electric extern și se combină cu domenii izotrope adiacente pentru a forma un volum mai mare. Pentru un domeniu de 90°, peretele domeniului se poate mișca lateral, iar câmpul electric critic necesar pentru mișcarea laterală a domeniului de 90° este mai mic decât câmpul electric critic necesar pentru noul miez de domeniu cu formă ascuțită, dar sunt necesare direcția domeniului de 90° și direcția câmpului electric extern. Consistent necesită un câmp electric mai mare, iar dezvoltarea noului său domeniu se bazează în principal pe câmpul electric extern pentru a împinge mișcarea laterală a peretelui domeniului de 90°. În condiția t = 15 min și T = 130 °C, polarizarea piesei ceramice piezoelectrice a fost modificată cu E, iar constanta piezoelectrică d33 s-a schimbat cu E. Se poate observa că atunci când E < 1,5 kV/mm, d33 crește lent odată cu creșterea lui E; când E > 1,5 kV/mm, d33 crește rapid odată cu creșterea lui E, dar când E > 2,5 kV/mm , d33 scade brusc rapid. Acest lucru se datorează faptului că atunci când E < 1, 5 kV/mm, polarizarea poate face doar materialul să se întoarcă cu ușurință la orientarea domeniului de 180° în direcția câmpului electric extern, astfel încât valoarea d33 este mai mică și creșterea este mai lentă; când E > 1. 5 kV, câmpul electric extern este mai mare decât câmpul electric coercitiv al materialului, astfel încât domeniul de 90° care este dificil de rotit materialul.care tinde spre direcția câmpului electric extern, astfel încât d33 crește rapid; Continuați să creșteți intensitatea câmpului electric extern, când E > 2. 0 kV/ La mm, virajul domeniului piezoelectric din material este aproape complet, astfel încât creșterea d33 tinde să fie lentă. Dar când E atinge o anumită valoare (E > 2, 5 kV/mm), electronii liberi din ceramica piezo obțin mai multă energie în câmpul electric decât energia pierdută. Conform teoriei coliziunii de ionizare, electronii liberi pot fi după fiecare ciocnire. Acumularea energiei face ca temperatura foii ceramice să crească continuu, performanța piezoelectrică este degradată în mod continuu și, în final, are loc defalcarea termică. Mai mult decât atât, atunci când câmpul electric aplicat este suficient de mare, datorită efectului de tunel al mecanicii cuantice, electronii din bandă interzisă pot intra în banda de conducție, iar sub acțiunea câmpului puternic, electronii liberi sunt accelerați, provocând ciocnirea și ionizarea electronilor. În acest moment, datorită creșterii curentului, temperatura locală a cristalului piezo crește, determinând topirea parțială a cristalului piezo și distrugerea structurii sale, astfel încât proprietățile ceramicii piezo sunt degradate și, în final, are loc defalcarea.

Efectul temperaturii de polarizare asupra proprietăților piezoelectrice

În condiția E = 2. 0 kV/mm și t = 15 min, T se modifică pentru a polariza ceramica piezoelectrică. Variația lui d33 și d33 începe să crească mai repede. După ce temperatura a atins 130 °C, valoarea lui d33 a rămas practic neschimbată. Acest lucru se datorează faptului că la temperaturi mai scăzute, pe măsură ce temperatura crește, raportul axului piezocristalului devine mai mic, activitatea domeniului crește, iar stresul intern cauzat de direcționarea la 90° a domeniilor devine mai mic, adică direcția domeniului este afectată. Rezistența este mică, iar domeniile sunt ușor de orientat, astfel încât polarizarea este mai ușor de realizat. Când T atinge 130 °C, majoritatea domeniilor piezoelectrice sunt rotite și direcția este saturată, astfel încât valoarea lui d33 nu se modifică.

Condițiile de polarizare au o mare influență asupra performanței ceramicii piezoelectrice, iar câmpul electric de polarizare este principalul factor în condițiile de polarizare. Teoretic, atunci când câmpul electric aplicat depășește puterea câmpului coercitiv, majoritatea domeniilor ar trebui să fie rotite și polarizate rearanjate și polarizate complet, dar sub un astfel de câmp electric, chiar dacă este polarizat pentru o lungă perioadă de timp, nu poate fi obținut. Proprietăți piezoelectrice mai bune. Pentru ca proprietățile piezoelectrice ale materialului să fie pe deplin exercitate, câmpul electric trebuie adăugat la intensitatea câmpului de saturație, care este de 3 până la 4 ori intensitatea câmpului coercitiv. Prin urmare, câmpul electric coercitiv este limita inferioară a câmpului electric selectat în timpul polarizării, iar intensitatea câmpului de saturație Se poate considera că limita superioară a intensității câmpului este selectată în momentul polarizării, iar dacă intensitatea câmpului de saturație este depășită, defalcarea este ușor de găsit. După o analiză cuprinzătoare, sunt determinați parametrii optimi ai procesului de polarizare ai filtrului ceramic piezoelectric de 6,5 MHz: intensitatea câmpului electric de polarizare este de 2,2 kV/mm, iar temperatura de polarizare este de 130 °C. Pe baza acesteia, se determină polul. Timpul este de 15 min. Rezultatele experimentale arată că atunci când timpul de polarizare depășește 15 min, efectul asupra performanței piezoelectrice nu este evident. De asemenea, în experiment s-a descoperit că utilizarea pastei de argint cu pastă conductivă la temperatură joasă în locul pastei de argint la temperatură înaltă utilizată în mod obișnuit în procesul de sinterizare a argintului poate îmbunătăți într-o anumită măsură proprietățile piezoelectrice și mecanice ale foii ceramice, dar rezistența de lipire este mai mică și costul este mai mare. Înalt și nepotrivit pentru producția industrială. În experimentul procesului de ardere, s-a constatat că placa piezo ceramică are o temperatură mai mare de 1 250 ° C și un timp de menținere mai mare de 2 ore a fost predispus la deteriorare în timpul polarizării, ceea ce duce la creșterea fisurilor. Acest lucru se datorează faptului că cu cât temperatura de ardere este mai mare și cu cât timpul de menținere este mai lung, cu atât are loc o cristalizare mai severă, astfel încât boabele mai mici devin boabe mari, ceea ce duce de obicei la creșterea porozității ceramicii și la scăderea densității ceramicii. Reduce rezistența mecanică și constanta dielectrică și, în același timp, reduce factorul de calitate mecanică al ceramicii piezo.

 Când sosește predarea, predarea este autentificată. Dacă se reușește, resursele alocate în faza de pregătire sunt predate modulului de acces protocol și se inițiază un apel către control. În acest moment, controlul apelurilor consideră că apelul este un apel terminal normal. Când modulul de acces la protocol raportează către HOM că terminalul a accesat efectiv mesajul, comutatorul poate fi considerat a fi într-o stare stabilă. Dacă terminalul care este conectat necesită alte preluări, cum ar fi predarea internă sau predarea ulterioară, acesta poate fi completat conform descrierii funcției HO. Trebuie subliniat că capetele OT comutate nu au nimic de-a face cu capetele OT ale apelului. Capătul T și capătul O al apelului pot fi capătul O comutat sau capătul T comutat. După cercetările privind handover-ul GSM și UMTS, dacă există handover-uri GSM și UMTS în softswitch-ul mobil, există multe asemănări între procesul de semnalizare și controlul media, în special mesajele de handover ale BSSAP și RANAP. În procesul de proiectare al mașinii de stare, se consideră implementarea fuziunii celor două protocoale și, în final, adoptarea schemei de implementare a separării. Procesul de semnalizare a unui singur protocol în handover nu este complicat, iar complexitatea transferului provine în principal din cooperarea protocoalelor pe mai multe interfețe diferite. Fuziunea mesajelor legate de predare în cele două protocoale ale părții de aplicare a subsistemului stației de bază (BSSAP) și partea de aplicație a rețelei de acces radio (RANAP) nu poate fi simplificată foarte mult pentru proiectarea mașinii de stare de transfer și va fi, de asemenea, pentru BSSAP. Designul adaptat la protocolul RANAP adaugă complexitate. În plus, fuziunea va duce la redundanța mesajelor și a parametrilor sau la pierderea funcționalității.