Новини

Ви тут: додому / Новини / Основи п'єзоелектричної кераміки / Коефіцієнт механічної якості п'єзоелектричної кераміки Qm та її температурна стабільність

Механічна добротність п'єзоелектричної кераміки Qm та її температурна стабільність

Перегляди: 160 Автор: Редактор сайту Час публікації: 2019-10-10 Походження: Сайт

Запитуйте

П'єзоелектрична кераміка займає значну частку в області електронних матеріалів і широко використовується. Для різних застосувань п'єзоелектричної кераміки вимоги до п'єзоелектричних параметрів також різні. Наприклад, у перетворювачах потужності - літр На п'єзоелектричному трансформаторі коефіцієнт підвищення пристрою пропорційний механічній добротності Qm матеріалу PZT. П’єзоелектричний матеріал із високим значенням Qm має високий коефіцієнт посилення та покращену ефективність роботи, але в області низьких температур значення Qm легко погіршується. Як наслідок, коефіцієнт підвищення знижується, ефективність роботи трансформатора знижується, а також погіршується стабільність роботи. П'єзоелектричний керамічний матеріал має велике значення Qm і хорошу температурну стабільність може стабілізувати продуктивність пристрою при застосуванні перетворювача потужності. Підвищити ефективність роботи та розширити обсяг робіт. З іншого боку, якщо ви хочете збільшити пропускну здатність, вам потрібно знизити значення Qm. Тому, щоб зрозуміти фізичну природу Qm, додатково досліджуйте фактори, що впливають на стабільність і величину температури Qm. На практиці значення Qm п'єзоелектричного матеріалу можна регулювати, а температурну стабільність можна покращити, що відповідає різним вимогам п'єзокруглий дисковий перетворювач і розширення діапазону застосування.

Природа та характеристика Qm

Значення механічної добротності Qm характеризує енергію, яку витрачає п'єзоелектричне тіло на подолання внутрішнього тертя під час резонансу. Він визначається як: Qm = 2π. Механічна енергія, що зберігається у вібраторі під час резонансу, резонує з енергією механічних втрат вібратора на тиждень. Значення коефіцієнта Qm відображає механічні втрати п'єзоелектричного матеріалу. Чим менші механічні втрати, тим більше значення Qm. При розрахунку значення Qm матеріалу для еквівалентної схеми п’єзоелектричного вібратора використовується наступна наближена формула:
Qm = 1/ 4π( C0 + C1) R1Δf ,

Де C0 - статична ємність п’єзокерамічний кристалічний кварцовий стрижень , R1 — еквівалентний опір резонансу вібратора, C1 — динамічна ємність вібратора, а Δf — різниця між резонансною частотою fr вібратора та антирезонансною частотою fa. Як правило, використовується метод лінії електропередачі. Отримують Δf, R1 тощо, а потім обчислюють Qm. З термодинамічної функції вільної енергії обговорюється фізичне джерело значення Qm і виводиться формула: і експериментально підтверджується, що значення Q-1m пропорційне діелектричним втратам. Крім того, в експерименті на основі цього значення Qm кількісно виражається як функція величини просторового заряду та питомого об’ємного опору, а також отримана емпірична формула: Qm = (800 lgρ - 7 500) { ( Ps - Pi) / Ps - 0,2} + 250. Де ρ — об’ємний питомий опір матеріалу, Ps — поляризація насичення значення, а Pi – значення поляризації, визначене на петлі гістерезису, отримане відразу після застосування змінного електричного поля, ( Ps – Pi) / Ps – еквівалент і кількість просторового заряду. Коли ( Ps - Pi) / Ps ≥0. 2, ρ ≥109 Ом·см, добре узгоджується з експериментальними результатами. Як теоретично, так і експериментально з'ясовано сутність і характеристику Qm. Поглиблене обговорення. Це допомагає нам далі вивчати розмір Qm і його температурну стабільність.

Вимірювання для покращення значення Qm і стабільності температури

Відрегулюйте співвідношення матеріалів

З 1960-х років на основі п'єзоелектричного керамічного матеріалу PZT розроблялися та вивчалися потрійні та четвертинні п'єзоелектричні керамічні матеріали. Виявлено, що багатокомпонентні матеріали можуть не тільки створювати вищий тиск. Кращі електричні властивості та температурна стабільність. Керамічні матеріали на основі PZT на квазігомофазній межі через перехідну зону сегнетоелектричної тетрагональної фази до сегнетоелектричної тристоронньої фазового переходу, релаксацію структури решітки, спонтанну поляризацію легко перетворити на п’єзоелектричну активність одночасно, механічні втрати збільшуються, значення Qm є малим, а стабільність погана. Тому можна вибрати різні співвідношення матеріалів відповідно до вимог різних п’єзоелектричних пристроїв. Наприклад, матеріали, які потребують високого Qm, вибираються для виходу. Для складу матеріалу на межі, якщо необхідна стабільність температури Qm, необхідно вибрати формулу матеріалу в фазовій області поблизу квазіоднорідної межі фаз.

Модифікація легування
На додаток до зміни співвідношення подвійних, потрійних і четвертинних систем, значення Qm П'єзокерамічний диск PZT може бути певною мірою покращений, а легування в основному компоненті матеріалу може додатково покращити властивості матеріалу, включаючи величину та температурну стабільність значення Qm. При дослідженні п’єзоелектричних властивостей твердих матеріалів PZT легуванням марганцем було виявлено, що Mn може регулювати значення Qm за рахунок зміни валентності Mn. Крім того, у четвертинній системі Pb ( Mg1/ 3Nb2/ 3) (Mn1/ 3Nb2/ 3) п’єзоелектричний матеріал TiZrO3 легований певною кількістю CeO2, і максимальне відносне відхилення Qm можна отримати в діапазоні -20-55 °C (відносно значення Qm при 25 °C) | δ( Qm) m | зменшується з 42 % до 33 %; максимальне відносне зміщення певної формули майже не змінюється, коли Sr легований. Легування матеріалів Pb (Mn1/ 3Sb2/ 3) O3 Sn покращує низькотемпературну стабільність Qm. Існують два аргументи на користь легування, які пояснюють температурну стабільність Qm. Кажуть, що погіршення електричних властивостей п'єзоелектричних матеріалів часто відбувається через мікротріщини всередині матеріалу. Викликаний зростанням. Після легування, щоб увійти в кристалічну решітку, створюється внутрішня напруга стиску, яка певною мірою пригнічує ріст мікротріщин. Щоб уникнути підвищення резонансного опору матеріалу та забезпечити температурну стабільність Qm. Іншим способом сказати, що структура матеріалу зі зміною легування включає розмір зерна, стан границі зерна, постійну гратки, густину тощо, що призводить до макроскопічних фізичних властивостей. тим самим покращуючи зміну температури значення Qm. Зазвичай додавання твердих добавок, таких як Eu, Yb, Al2O3, MgO тощо, для збільшення значення Qm; при додаванні м’яких добавок, таких як Nb2O5, La2O3, Ta2O5 тощо, знижується значення Qm, а температурна стабільність значення Qm краща, ніж жорстке легування.

Оптимізація процесу
Процес приготування п’єзокерамічних матеріалів, особливо підготовка, прожарювання, спікання та штучна поляризація порошків, безпосередньо впливає на щільність, розмір зерна та п’єзоелектричні властивості зразків. В даний час температурна стабільність Qm покращується завдяки процесу приготування. Є певні труднощі, але розмір Qm коригується з процесу підготовки. Було залучено багато дослідників. Наприклад, кераміка Pb (Mn1/ 3Nb2 / 3) TiZrO3, легована іонами Cr3 +, дуже чутлива до температури спікання. Коли температура спікання підвищується, п’єзоелектричні властивості посилюються. Таким чином, значенням Qm можна гнучко керувати, змінюючи температуру спікання. Kawasaki порівнює допування зі звичайним приготуванням порошку за допомогою термічного вприскування. Обговорюється, що деякі іони домішок, такі як Fe3+, підвищать значення Qm за допомогою методу термічної інжекції, тоді як деякі іони, такі як Cr3+, зменшують значення Qm. Процес оптимізований для підготовки керамічного матеріалу з відмінною продуктивністю, яка полягає в регулюванні значення Qm.

Теоретично досліджується співвідношення матеріалів і модифікація легування. На практиці вдосконалення процесу полягає в регулюванні значення Qm п’єзоелектричного керамічного матеріалу та покращенні температурної стабільності, щоб п’єзоелектричний керамічний матеріал можна було отримати більш широко. Ефективний спосіб застосування.