Language
Visningar: 2 Författare: Webbplatsredaktör Publiceringstid: 2020-03-16 Ursprung: Plats
Piezoelektriska keramiska mikroaktuatorer är en ny typ av solid state-ställdon gjorda med den omvända piezoelektriska effekten. De används ofta inom högteknologiska områden som precisionsoptik, mikromekanik, mikroelektronik och datortillämpningar. Dessa applikationer kräver att piezoelektriska keramiska enheter är små, låg drivspänning, stor förskjutning och integration. Tidigare har flerskikts piezoelektriska keramiska mikroaktuatorer bildade genom att binda piezoelektrisk keramik med ett lim påverkats av tjockleken på det enda keramiska membranet. Begränsning (Det är ganska svårt att göra en keramisk monolitik med en tjocklek på 200 μm eller mindre), enheten kan inte miniatyriseras och integreras, och limmet i enheten eftersom enheten genererar stort kryp under inverkan av ett elektriskt fält, vilket inte bidrar till precisionen av förskjutningskontroll, särskilt enheten under verkan av högt elektriskt fält för att falla av under lång tid, lätt att falla av från högt elektriskt fält. piezo ring svetskomponenter ark, vilket gör att enhetens prestanda försämras, och även fenomenet enhetsbrott, förkortar enhetens livslängd, vilket ger stora fördelar för applikationen. Under de senaste åren har flerskiktschip piezoelektrisk keram som erhållits genom att använda den gröna gjutningsprocessen av piezokeramik och sambränningstekniken för den gjutna piezokeramiska gröna filmen och den interna elektroden keramiska mikroaktuatorn (MMPA) en ny typ av funktionell keramisk enhet med utmärkt prestanda som är lämplig för storskalig produktion. Denna flerskiktschipenhet är lätt att producera en filmtjocklek på mindre än 100 μm på grund av gjutningsprocessen. Efter bränning binds de piezokeramiska skikten direkt till den inre elektroden utan behov av limning. Därför kan anordningen miniatyriseras och miniatyriseras, anordningens krypprestanda förbättras också avsevärt, och skiktningsfenomenet mellan de keramiska skikten förbättras avsevärt. Det övervinns effektivt, vilket avsevärt förbättrar enhetens livslängd. Den här artikeln rapporterar en flerskiktschiptyp och högt bly PZT-systemtryck tillverkat med hjälp av keramisk gjutningsteknik och keramisk grön film/metall med inre elektrodteknik. Detta är första gången för ett elektriskt keramiskt mikroställdon i detta land. Detta dokument studerar huvudsakligen de statiska och dynamiska förskjutningsegenskaperna hos denna enhet.
Processflödet för att förbereda ett piezoelektriskt keramiskt mikroaktuator med flera lager måste gå igenom 10 huvudprocesssteg: först framställs ett mjukt PZT ternärt piezoelektriskt keramiskt pulver med en stor piezoelektrisk töjningskoefficient genom en elektronisk beredningsprocess för piezokeramik. Molekylformeln är xPb(Zn1/3Nb2/3)O3+yPbZrO3+zPbTiO3,(PZN-PZ-PT), (x+y+z=1),
Därefter blandas det pzt-keramiska pulvret och den organiska tillsatsen likformigt i ett visst förhållande mellan fast material och vätska för att erhålla en enhetlig keramisk slurry, och den keramiska slurryn gjuts i en behållare på en gjutmaskin för gjutning. Och organisk bärare hastighet för att förbereda en enhetlig, tät, gjuten grön film med en viss tjocklek. Den gjutna gröna filmen stansas i en pzt keramisk grön film av en viss form och ett mönster med en mönsterelektrodpasta, och sedan placeras den keramiska gröna filmen tryckt med elektroder i en speciell form och lamineras i en viss ordning för att få en flerskikts piezokeramik. Efter att ha kapat flerskiktskroppen av flerskikts keramiska enheter enligt storleken på enhetens aktiva yta, lägg dem i en ren Al2O3-degel och packa dem långsamt ihop. De två ändarna av flerskiktschipenheten är täckta med externa Ag-elektroder, 650 C silverbränd, högtemperaturpolarisation (polarisationstid 300104V, 40min, elektriskt fält, mm C). Konvektion tjock film och hög temperatur intern elektrod, och slutligen erhölls en flerskikts chip piezoelektrisk keramisk mikroaktuator med en aktiv yta på 5 mm × 6 mm och en total tjocklek på 2 mm (det piezoelektriska keramiska skiktet är 35 skikt, varje skikt är 47 μm tjockt och de övre och undre ytskikten är ca 1 μm tjocka 20 μm).
Den piezoelektriska töjningen d33-koefficienten för piezokeramiska komponenter mättes av Institute of Acoustics vid den kinesiska vetenskapsakademin. Mikroområdesmikrostrukturen hos flerskiktsanordningen observerades med ett svepelektronmikroskop (SEM) producerat av instrumentfabriken vid den kinesiska vetenskapsakademin. Förskjutningsvärdet för det elektriska keramiska mikromanöverdonet testas av den tillverkade DGS-6 digitala displayinduktanstestaren. Upplösningen är 0,01 μm. Den dynamiska förskjutningen testas av en enda laserstråle enligt principen för dubbeleffekten. Upplösningen är 0,005 μm.
För en piezoelektrisk keramik utsätts för konstant yttre påkänning, när en spänning appliceras på två ytor vinkelräta mot dess tjockleksriktning (polarisationsriktning), och med tanke på endast piezoelektrisk deformation till linjär deformation, kan det vara känt från den piezoelektriska ekvationen att trycket.
Där d33 är den piezoelektriska töjningskoefficienten, V är den pålagda spänningen och t är tjockleken på den keramiska monoliten. Ekvationen visar att när den applicerade spänningen är mängden förändring, förskjutningen av det piezoelektriska arket i tjockleksriktningen och det piezoelektriska . Töjningskoefficienten d33 är proportionell mot den applicerade spänningen V och har ingenting att göra med tjockleken; men när det pålagda elektriska fältet ändras är förskjutningen som genereras av anordningen inte bara proportionell mot den piezoelektriska koefficienten d33 och det elektriska fältet, utan även proportionell mot tjockleken. Den är proportionell. Det kan ses att förskjutningen av den piezoelektriska keramen i tjockleksriktningen är relaterad till arbetssättet för förträngningsdrivningen vald av den piezoelektriska keramen. Vid applicering bör de två faktorerna för den applicerade spänningen och det elektriska fältet beaktas samtidigt. Applicering under nästan genombrott elektriskt fält; samtidigt bör arbetsspänningen vara så låg som möjligt, och förskjutningen bör vara så stor som möjligt.
För en enhet med en viss applicerad spänning kan en minskning av tjockleken på den keramiska skivan uppnå syftet att minska storleken på enheten i tjockleksriktningen. Därför, när det flerskiktiga piezokeramiska arket är mekaniskt anslutet i serie, elektriskt parallellkopplat, och det piezokeramiska lagret tillsammans, tar polarisationsriktningen för intilliggande piezokeramiska omvandlare den omvända strukturen. På detta sätt, när den flerskiktiga piezoelektriska keramiska mikrodrivaren appliceras med en arbetsspänning, överlagras dess längsgående förskjutning, vilket kan uttryckas.
Där N är antalet piezokeramiska laminat, det vill säga förskjutningen av det flerskiktiga piezoelektriska keramiska mikromanöverdonet förstoras N gånger jämfört med ett enda stycke piezoelektrisk keramik. Men när förskjutningen är baserad på det elektriska fältet som appliceras av varje piezoelektrisk keramisk skiva. När storleken på förändringen är, kan ekvation (2) uttryckas.
Där t är tjockleken av varje lager av piezoelektrisk keramik, och l är den totala tjockleken av flerskiktsanordningen. Genom att jämföra uttrycken av ekvationerna (3) och (1), kan det konstateras att när är den totala tjockleken av flerskiktsanordningen. När tjockleken t är densamma, är de två ekvationerna desamma, vilket indikerar att när den elektriska fältintensiteten som appliceras av varje piezoelektrisk keramisk del av flerskiktsanordningen är densamma som för ett enda stycke piezoelektrisk keramik, är förskjutningsmängden av de två lika. Den applicerade spänningen är N gånger lägre än den för en monolitisk piezoelektrisk keram.
Det kan ses från ovanstående analys att även om monolitisk piezoelektrisk keramik också kan uppnå mikronskalig förskjutning genom att öka filmtjockleken, måste den applicerade arbetsspänningen vara tusentals volt, vilket inte är gynnsamt för applicering. Som mängden förändring har den två olika funktioner för att förstärka mängden förskjutning och minska driftspänningen. Speciellt när flerskiktsanordningen håller det elektriska fältet konstant, kan den totala tjockleken ökas genom att öka antalet skikt i anordningen. Därför är det praktiskt tillämpat. När flerskiktsenheter inte bara har en förstorad förskjutning, utan också effektivt kan minska driftsspänningen.
den totala tjockleken är 2 mm (det piezoelektriska keramiska skiktet är 35 skikt, varje skikt är 47 μm tjockt, och de övre och nedre ytskikten är vardera ca 120 μm tjocka), vilket framställs av den keramiska blankfilmsgjutningsprocessen och sambränningstekniken för keramisk / metall interna elektroder. De vita parallella ränderna på bilden är inre metallelektroder med pzt keramiska skikt mellan de inre elektroderna. Många porer med en storlek på flera mikrometer kan observeras i piezo keramisk ring . Detta på grund av den keramiska gjutningen. Organiska material som bindemedel och mjukgörare upptar en viss andel i den gröna filmen. När keramiken/interna elektroderna sambränns orsakar förångningen av de organiska materialen i dessa filmer många stora porer i det pzt-keramiska lagret. Dessa porer är dock i PZT-serien. De elektromekaniska egenskaperna hos det pzt-keramiska lagret påverkas inte allvarligt i det gjutna keramiska arket. Detta resultat överensstämmer i princip med den elektromekaniska koefficienten för PBNN:s stela piezoelektriska keramer framställda genom gjutmetoden. Därför kan det anses att de elektromekaniska parametrarna för piezokeramen som erhålls genom gjutmetoden är i princip desamma som de för keramiska arket med torrpressningsmetoden.
