Studie om polariseringsprocessen för PZT piezoelektrisk keramik

Piezoelektriska kristallgivare används ofta inom elektronik, ljus, värme och akustik och har blivit viktiga funktionella material inom försvarsindustrin, civil industri och det dagliga livet. De är en viktig forskningsriktning för nuvarande funktionella material. För närvarande är den mest använda piezoelektriska keramen fortfarande blyzirkonattitanat (PZT) och dess ternära eller kvartära keramik. Polariseringsprocessen är en nyckelprocess vid tillverkning av piezoelektriska keramiska enheter. Polariseringsprocessen är processen för rörelse och utveckling av domänstrukturer i piezoelektrisk keramik. Piezoelektrisk keramik är isotropa kroppar före artificiell polarisering och uppvisar inte piezoelektrisk effekt externt; efter polarisering blir de anisotropa kroppar på grund av remanent polarisering, vilket har en piezoelektrisk effekt. De dielektriska och elastiska egenskaperna hos den polariserade piezoelektriska keramen är relaterade till graden av polarisation. För att få den piezoelektriska keramiken att ha en hög grad av polarisation och ge fullt spel åt deras potentiella piezoelektriska egenskaper, är det nödvändigt att anta de optimala polarisationsförhållandena, det vill säga att välja lämplig polarisationselektrisk fältstyrka (E) och polarisationstemperatur (T). Och polarisationstid (t). De tre villkoren för polariseringsprocessen är inbördes relaterade. Om det elektriska polarisationsfältet är svagt kan det kompenseras genom att öka temperaturen och förlänga polarisationstiden; om det elektriska fältet är starkt och temperaturen är hög kan polarisationstiden förkortas. Emellertid är de tre polarisationsvillkoren nära relaterade till sammansättningen av piezoelektrisk keramik. För PZT piezoelektriska keramiska material reduceras det koercitiva elektriska fältet. Den traditionella metoden är att justera förhållandet zirkonium till titan. Ju större förhållandet zirkonium till titan är, desto mindre är det elektriska koercitivfältet, så att det elektriska polarisationsfältet blir mindre. Att öka förhållandet zirkonium till titan förbättrar inte nämnvärt polariseringsprocessens förhållanden.

I produktion och vetenskaplig forskning används ofta vissa oxider och föreningar som spårtillsatser för att förbättra prestandan hos piezoelektriska keramiska material. Dessa spårtillsatser ersätter positionerna för vissa titanjoner och zirkoniumjoner i PZT, vilket gör att domänen i kornen lätt rör sig, vilket leder till en betydande minskning av det elektriska koercitivfältet och även minskar de tre polarisationsvillkoren. Lätt att polarisera. Efter en lång period av upprepade experiment fastställs det att det 6,5 MHz piezoelektriska keramiska filtret är gjort av modifierad PZT och dess sammansättning är Pb0. 90 Sr0. 05Mg0. 03Ba0. 02 (Zr0. 53 Ti0. 47 ) O3 +CeO2 + Efter att den piezoelektriska keramiska råvaran har förbränts, formats, bränts och polerats, formas en rund piezokeramisk skiva på 24 mm × 0,35 mm, och efter att ha blivit silver på båda sidorna av den piezo 0 ugnen placeras den i en piezo 0 piece. C. Grädda i mer än 10 min och ta bort plattorna från silverskiktet. Sedan placeras silverpiezoplattan i en lådugn och temperaturen höjs till 100 ° C vid en konstant temperatur på 15 ° C / 6 min, och temperaturen höjs till 0,5 ° C. Temperaturen höjs till en konstant temperatur på 15 ° C / 6 min. Vid 400°C höjdes temperaturen till 700°C vid en konstant temperatur på 20°C/6 min. Efter en konstant temperatur på 20 minuter sänktes temperaturen långsamt till under 100 °C. De silverpläterade porslinsbitarna placerades vid rumstemperatur i 12 timmar, placerades i ett silikonoljebad och utsattes för polarisationsbehandling under de olika polarisationsförhållandena. De piezoelektriska egenskaperna hos tangentiellt piezoelektriskt rör mättes efter att ha stått i 24 timmar.

Effekt av polariserat elektriskt fält på piezoelektriska egenskaper

I polariseringsprocessen är det elektriska polarisationsfältet den externa drivkraften för att styra domänen. Om materialets mättnadsfältstyrka inte överskrids, desto större E, desto större blir effekten av orienteringen av domäninriktningen och graden av polarisation Ju mer komplett, desto bättre piezoelektrisk prestanda. Elektroner som är svåra att avleda eller omorientera vid lågt tryck är mer mottagliga för avböjning eller omorientering under högt tryck, vilket gör polariseringen mer komplett. För en 180° inversionsdomän styr inversionen av domänen inte den omvända domänen genom sidorörelsen av dess domänvägg, utan snarare växer en hel del polarisation nära elektroden längs kanten av provet inuti inversionsdomänen. En ny, skarpliknande domän med en riktning som överensstämmer med det elektriska fältets riktning. Efter kärnbildning av den nya domänen avancerar den under inverkan av ett elektriskt fält och penetrerar hela provet. När det elektriska fältet förstärks uppstår nya domäner kontinuerligt, och den framåtriktade utvecklingen fortplantar sig till hela den omvända domänen. Slutligen blir den omvända domänen samma som riktningen för det externa elektriska fältet och kombineras med intilliggande isotropa domäner för att bilda en större volym. För en 90°-domän kan domänväggen röra sig i sidled, och det kritiska elektriska fältet som krävs för lateral rörelse av 90°-domänen är mindre än det kritiska elektriska fältet som krävs för den skarpt formade nya domänkärnan, men 90°-domänstyrningen och den externa elektriska fältriktningen krävs. Konsistent kräver ett större elektriskt fält, och utvecklingen av dess nya domän bygger huvudsakligen på det externa elektriska fältet för att driva sidorörelsen av 90° domänväggen. Under tillståndet t = 15 min och T = 130 °C ändrades polariseringen av den piezoelektriska keramiska delen av E, och den piezoelektriska konstanten d33 ändrades med E. Det kan ses att när E < 1,5 kV/mm, d33 ökar långsamt med ökningen av E; när E > 1,5 kV/mm ökar d33 snabbt med ökningen av E, men när E > 2,5 kV/mm sjunker plötsligt d33 snabbt. Detta beror på att när E < 1,5 kV/mm, kan polarisationen bara göra att materialet lätt vänder sig till 180° domänorientering i riktningen för det externa elektriska fältet, så d33-värdet är lägre och ökningen är långsammare; när E > 1,5 kV , är det yttre elektriska fältet större än materialets koercitiva elektriska fält, så att den 90° domän som är svår att vända materialet. som tenderar till riktningen för det yttre elektriska fältet, så att d33 ökar snabbt; fortsätt att öka den externa elektriska fältstyrkan, när E > 2. 0 kV/ Vid mm är den piezoelektriska domänsvängen i materialet nästan fullständig, så ökningen av d33 tenderar att vara långsam. Men när E når ett visst värde (E > 2,5 kV/mm) får de fria elektronerna i piezokeramen mer energi i det elektriska fältet än den förlorade energin. Enligt joniseringskollisionsteorin kan de fria elektronerna vara efter varje kollision. Ackumulerande energi gör att temperaturen på den keramiska skivan stiger kontinuerligt, den piezoelektriska prestandan försämras kontinuerligt och slutligen inträffar termiskt sammanbrott. Dessutom, när det applicerade elektriska fältet är tillräckligt högt, på grund av kvantmekanikens tunneleffekt, kan de förbjudna bandelektronerna komma in i ledningsbandet, och under inverkan av det starka fältet accelereras de fria elektronerna, vilket får elektronerna att kollidera och jonisera. Vid denna tidpunkt, på grund av ökningen av strömmen, stiger den lokala temperaturen hos piezokristallen, vilket gör att piezokristallen delvis smälter och förstör dess struktur, så att egenskaperna hos piezokeramiken försämras och slutligen sker nedbrytning.

Effekt av polarisationstemperatur på piezoelektriska egenskaper

Under villkoret E = 2,0 kV/mm och t = 15 min, ändras T för att polarisera den piezoelektriska keramen. Variationen av d33 och d33 börjar öka snabbare. Efter att temperaturen nått 130 °C förblev värdet på d33 i princip oförändrat. Detta beror på att vid lägre temperaturer, när temperaturen ökar, blir piezokristallaxelförhållandet mindre, domänaktiviteten ökar och den interna spänningen som orsakas av 90°-styrningen av domänerna blir mindre, det vill säga domänstyrningen påverkas. Resistansen är liten och domänerna är lätta att orientera, så polarisering är lättare att utföra. När T når 130 °C, vrids de flesta av de piezoelektriska domänerna och styrningen är mättad, så värdet på d33 ändras inte.

Polarisationsförhållanden har ett stort inflytande på prestandan hos piezoelektrisk keramik, och det elektriska polarisationsfältet är huvudfaktorn i polarisationsförhållandena. Teoretiskt, när det applicerade elektriska fältet överstiger den koercitiva fältstyrkan, bör de flesta av domänerna vridas och polariseras omarrangeras och helt polariseras, men under ett sådant elektriskt fält, även om det är polariserat under en lång tid, kan det inte erhållas. Bättre piezoelektriska egenskaper. För att göra de piezoelektriska egenskaperna hos materialet fullt utövade måste det elektriska fältet adderas till mättnadsfältstyrkan, som är 3 till 4 gånger koercitiv fältstyrka. Därför är det koercitiva elektriska fältet den nedre gränsen för det elektriska fältet som väljs under polariseringen, och mättnadsfältstyrkan. Det kan anses att den övre gränsen för fältstyrkan väljs vid tidpunkten för polariseringen, och om mättnadsfältstyrkan överskrids, är nedbrytningen lätt att hitta. Efter omfattande övervägande bestäms de optimala polarisationsprocessparametrarna för det 6,5 MHz piezoelektriska keramiska filtret: polarisationens elektriska fältstyrka är 2,2 kV/mm, och polarisationstemperaturen är 130 °C. Utifrån detta bestäms polen. Tiden är 15 min. De experimentella resultaten visar att när polarisationstiden överstiger 15 minuter är effekten på den piezoelektriska prestandan inte uppenbar. Det visade sig också i experimentet att användningen av ledande silverpasta med låg temperatur istället för den vanliga högtemperatursilverpastan i silversintringsprocessen kan förbättra de piezoelektriska och mekaniska egenskaperna hos den keramiska plåten i viss utsträckning, men bindningsstyrkan är lägre och kostnaden är högre. Hög och olämplig för industriell produktion. I experimentet med bränningsprocessen fann man att den piezokeramiska skivan har en temperatur på mer än 1 250 ° C och en hålltid på mer än 2 timmar var benägen att gå sönder under polarisering, vilket resulterade i en ökning av sprickor. Detta beror på att ju högre bränningstemperatur och ju längre hålltid desto svårare kristallisering sker, så att mindre korn blir stora korn, vilket vanligtvis leder till en ökning av den keramiska porositeten och en minskning av den keramiska densiteten. Det minskar den mekaniska hållfastheten och dielektricitetskonstanten och minskar samtidigt den mekaniska kvalitetsfaktorn för piezokeramen.

 När överlämningen anländer, är överlämningen autentiserad. Om det lyckas överlämnas resurserna som tilldelats i förberedelsefasen till protokollaccessmodulen och ett samtal initieras till styrningen. Vid denna tidpunkt anser samtalskontrollen att samtalet är ett normalt terminalsamtal. När protokollaccessmodulen rapporterar till HOM att terminalen faktiskt har nått meddelandet, kan switchen anses vara i ett stabilt tillstånd. Om terminalen som kopplas in kräver andra handovers, såsom intern handover eller efterföljande handover, kan det slutföras enligt HO funktionsbeskrivningen. Det bör påpekas att de omkopplade OT-ändarna inte har något att göra med OT-ändarna av samtalet. T-änden och O-änden av samtalet kan vara den växlade O-änden eller den växlade T-änden. Efter forskning om GSM- och UMTS-överlämning, om det finns GSM- och UMTS-överlämningar i den mobila mjukvaruväxeln, finns det många likheter mellan signaleringsprocessen och mediestyrningen, särskilt överlämningsmeddelanden för BSSAP och RANAP. I designprocessen för tillståndsmaskinen anses det implementera sammansmältningen av de två protokollen och slutligen anta schemat för separationsimplementering. Signaleringsprocessen för ett enstaka protokoll vid handover är inte komplicerad, och komplexiteten i handover kommer huvudsakligen från samarbetet mellan protokoll på flera olika gränssnitt. Sammanslagningen av de överlämningsrelaterade meddelandena i de två protokollen för basstationssubsystemapplikationsdelen (BSSAP) och radioåtkomstnätverksapplikationsdelen (RANAP) kan inte avsevärt förenklas för utformningen av handovertillståndsmaskinen, och kommer också att vara för BSSAP. Designen anpassad till RANAP-protokollet ökar komplexiteten. Dessutom kommer fusionen att resultera i redundans av meddelanden och parametrar eller förlust av funktionalitet.