1 домен руху В Pb (Zr0. 52Ti0. 48)O3 П'єзоелектрична керамічна композиція матеріалу PZT, додавання оксидів, таких як La2O3, Nb2O5, ThO2 і WO3, зменшує значення Qm. Щоб пояснити зменшення Qm, було запропоновано наступний механізм. Коли заміна Pb2+, Ti4+, Zr4+ у PZT-кераміці іоном металу має вищу валентність, ніж Pb2+, Ti4+ або Zr4+, наприклад La3+, Nb5+, W6+ тощо, для збереження потужності решітки в п’єзокераміці утворюються вакансії Pb. Ці вакансії Pb зменшують внутрішню напругу, яка перешкоджає обертанню домену, тому домен стає легшим для переміщення, внутрішнє тертя збільшується, діелектричні втрати збільшуються, а значення Qm зменшується. Вважається, що рух доменної стінки призводить до зменшення значення Qm. Крім того, формула, виведена Ямаучі та Такахаші, визначає, що значення Q-1m пропорційне діелектричним втратам. Однією з причин діелектричних втрат є споживання енергії, викликане гістерезисом коливань доменної стінки під дією змінного електричного поля. Отже, гістерезис коливань доменної стінки спричиняє втрату середовища, що призводить до зменшення значення Qm. Таким чином, у модифікованому п’єзоелектричному керамічному матеріалі з низьким вмістом Qm складність руху доменної стінки безпосередньо відповідає значенню Qm.
2 Космічний заряд
Коли Pb2+, Ti4+, Zr4+ у п’єзокераміці PZT замінюються іонами металів, які мають нижчу валентність, ніж Pb2+ або Ti4+ і Zr4+, наприклад K+, Na+, Cr3+, Fe3+, значення Qm помітно зростає. Це можна пояснити впливом просторового заряду на домен. Чиста п’єзоелектрична кераміка PZT демонструє діркову провідність через вакансії свинцю, тоді як добавки позитивних низьковалентних іонів металу діють як акцептори в тілі. Додавання недорогих іонів металу значно збільшує негативний центр і несучі отвори в п’єзокерамічному корпусі, тобто генерує велику кількість просторового заряду. Щоб усунути електричне поле, створене переривчастою зміною доменної стінки, негативно заряджений просторовий заряд концентрується в домені. Позитивний термінал і позитивно заряджений просторовий заряд зосереджені на негативному кінці доменної стінки, утворюючи поле просторового заряду (Eq), яке збігається з напрямком поляризації домену. Коли зовнішнє електричне поле прикладається для перетворення домену, не тільки долаючи спонтанну поляризацію вихідного домену, а також долаючи поле просторового заряду (Eq. Тобто ефект просторового заряду пригнічує рух домену, тим самим зменшуючи внутрішнє тертя та збільшуючи значення Qm. Для оцінки присутності в кераміці можна спостерігати кількість введеного об’ємного заряду. Визначення є параметром об’ємного заряду (Ps – Pi) / Ps для характеристики об’ємного заряду. Значення ( Ps - Pi ) / Ps змінюється залежно від типу та кількості домішок. Для недорогих металевих добавок (жорстких добавок) зі збільшенням кількості легування збільшується кількість просторового заряду, тоді як кількість просторового заряду для дорогих добавок (м’яких добавок) мала і її майже неможливо виміряти. Таким чином, тиск високого значення Qm В електричній кераміці зміна значення Qm пов’язана з просторовим зарядом. Коли температура підвищується, об'ємний заряд мігрує в п’єзокерамічні кристали , що зменшує накопичення просторового заряду, сприяє переміщенню доменної стінки та зменшує значення Qm. Для додавання м’яких матеріалів, завдяки кераміці, кількість просторового заряду, що утворюється в тілі, невелика, а зміна температури призводить до невеликої міграції просторового заряду. Таким чином, температурна стабільність Qm, як правило, вища, ніж у твердої добавки.
3 Питомий опір тіла Для м’яких матеріалів, модифікованих добавками
питомий об'ємний опір на 1-2 порядки вище, ніж у матеріалу, модифікованого жорсткими добавками, оскільки невелика кількість допанту забезпечує надлишок електронів. Початкова рекомбінація дірок зменшує концентрацію електронних дірок у п’єзокерамічному тілі, тим самим збільшуючи питомий об’ємний опір. Високий питомий об’ємний опір є корисним для збільшення напруженості електричного поля поляризації п’єзоелектричної кераміки, а рух орієнтації домену є більш достатнім, що призводить до збільшення діелектричних втрат і зменшення значення Qm. Для матеріалів, легованих жорсткими добавками, збільшення просторового заряду та об’ємного опору супроводжується збільшенням Qm. Чим нижча температура, тим більший об’ємний питомий опір матеріалу. Важко перенести просторовий заряд, рух домену пригнічується, а значення Qm зменшується. Коли співвідношення між питомим об’ємним опором і значенням Qm кількісно характеризується, як описано вище, значення Qm виражається як функція величини просторового заряду та питомого об’єму.
4 Розмір зерна Великий розмір зерна під час процесу поляризації,
напруга затиску, що створюється на межі зерен, невелика, матеріал легко поляризувати, внутрішнє тертя зменшується, а значення Qm збільшується. Однак, якщо розмір зерна занадто великий, буде спричинено розрив зерна. Підвищена компактність, що впливає на п'єзоелектричні характеристики; зерно занадто дрібне, межа зерна має сильний затискний ефект на домен, ускладнюючи рух домену, що знижує п’єзоелектричні характеристики. Тому розмір зерен повинен бути помірним. Дослідження потрійної п’єзокераміки Pb (Mn1/ 3Sb2/ 3)2PbTiZrO3, легованої CeO2, показало, що після додавання CeO2 кераміка є щільною, а зерна помірними, що покращує мікроструктуру п’єзокераміки. Було отримано матеріал ультразвукового двигуна стоячої хвилі з високою напругою та високим значенням Qm.
5 Дослідження постійної решітки Фазова діаграма на основі PZT в матеріалах п’єзоелектричних дискових перетворювачів можна виявити, що регулювання співвідношення Zr/Ti і третього або четвертого компонента спричинить зміни в параметрах решітки; крім того, легуючі іони входять у решітку, кристал Параметр решітки також змінюється. Якщо відношення осі кристала збільшується c/a, під час поляризації спонтанну поляризацію Ps деяких структур важко обертати, що призводить до зниження п’єзоелектричних характеристик; а зменшення співвідношення осей п’єзокристала c/a становить Ps. Розворот відбувається легко, що призводить до збільшення внутрішнього тертя та зменшення Qm. Тому для бінарних або багатоелементних п’єзоелектричних керамічних матеріалів на основі свинцю параметри решітки також впливають на значення Qm.
6 Режим вібрації Значення Qm відображає ступінь механічних втрат, спричинених внутрішнім тертям п’єзоелектричного вібратора під час резонансу. Очевидно, що значення Qm пов'язане з режимом вібрації. Він використовує п'єзоелектричний керамічний матеріал PMN2PZT для виготовлення п'єзоелектричного вібратора. Коли значення Qm і температура чотирикутного вібратора гіроскопа та циліндричного вібратора співвідносяться з температурою, виявляється, що крива Qm циліндричного вібратора приблизно на 30 °C нижча, ніж тетрагонального вібратора, що означає тетрагональний вібратор. Значення Qm приблизно 0°C відповідає значенню Qm циліндричного вібратора від -30 до 80°C. Тому коригування значення Qm можна досліджувати не тільки вибором складу матеріалу, але й зміною режиму вібрації.
Hubei Hannas Tech Co., Ltd є професійним виробником п’єзоелектричної кераміки та ультразвукових перетворювачів, присвячений ультразвуковим технологіям і промисловому застосуванню.
