Процес перетворювача п'єзоелектричної кераміки

Виробництво та дослідження П'єзоелектричні керамічні матеріали для потужних п'єзоелектричних трансформаторів У дослідженні п'єзоелектричних керамічних матеріалів дослідження Китаю є відносно відсталими. Згідно зі статистичними даними, за шість років 1997-2002 серед понад 60 патентів, опублікованих у Китаї на п’єзоелектричну кераміку та її застосування, було близько 50 заявок, з яких лише близько 80 з них. У Кореї є 2 позиції, а в Китаї лише 4 позиції, з яких очікується, що лише одна буде застосована до п’єзоелектричних трансформаторів. В останні роки, хоча жодна інша іноземна компанія не подала патенти на дослідження та застосування п’єзоелектричних керамічних матеріалів у Китаї, вони можуть бути використані для виробництва п’єзоелектричної кераміки на основі PZT для потужних п’єзоелектричних керамічних трансформаторів. Його можна використовувати для виготовлення п'єзоелектричних трансформаторів з вихідною потужністю понад 30 Вт. Він був успішно застосований до люмінесцентних ламп для щоденного використання. Pz24 на основі PZT від Ferroperm також успішно застосовувався для перетворювачів високої потужності. Хоча в нашій країні деякі науково-дослідні інститути використовували п’єзоелектричні матеріали на основі матеріалів NEC для виготовлення п’єзоелектричних трансформаторів з вихідною потужністю нижче низької (але ситуація з дослідженнями та застосуванням п’єзоелектричної кераміки все ще не є оптимістичною.

Оскільки багатошарові п’єзоелектричні керамічні трансформатори легко досягти мініатюризації та високої вихідної потужності, деякі дослідники в країні та за кордоном часто використовують багатошарову структуру в дослідженнях п’єзоелектричних трансформаторів. Найпростішу структуру багатошарового п’єзоелектричного керамічного трансформатора типу Розена можна розглядати як складений і спрощений процес у напрямку товщини за допомогою безлічі цільних п’єзоелектричних керамічних трансформаторів типу Розена. Вхідний кінець по черзі ламінований і обпалений a п'єзоелектричний керамічний диск і матеріал електрода, що неминуче включає проблему спільного спалювання між п'єзокерамічним матеріалом і матеріалом електрода. В даний час багато п'єзокерамічних матеріалів PZT для п'єзоелектричних трансформаторів мають проблему надмірно високої температури (> 11000C) у виробництві багатошарових п'єзоелектричних керамічних трансформаторів, необхідно використовувати більшу частку електродних матеріалів, що містять дорогоцінні метали. При виробництві п'єзоелектричних трансформаторів вартість електродних матеріалів становить близько 2/3 від загальної вартості. Тому, щоб знизити собівартість виробництва, п’єзоелектричний матеріал п’єзоелектричного трансформатора є обов’язковим, але антиокислювальні властивості основного металу при високій температурі є надзвичайно поганими. Завдяки простоті та економічності процесу більшість виробників п’єзоелектричних пристроїв у Китаї зараз використовують спікання в окислювальній атмосфері під час виробництва. Коли температура спікання перевищує 1100 ° C, основний метал, такий як Ni, легко окислюється, що збільшує контактний опір між електродом і керамічним матеріалом і має великий негативний вплив на пристрій. У поточній ситуації існує два способи 'металізації рутенієм' електродів п'єзоелектричних пристроїв: по-перше, за умови, що продуктивність пристрою не впливає, температура спікання використовуваного п'єзокерамічного матеріалу відповідно знижується, тим самим зменшуючи поточний внутрішній струм. Кількість п'єзокераміки дорогоцінного металу використовується в широко поширеному срібному електродному матеріалі; другий — застосована ретельна 'металізація рутенієм', яка спікається у відновній атмосфері. Реалізація другого способу для поточного виробництва електронної п'єзокераміки в Китаї є дуже важкою. Оскільки більшість сучасних заводів з виробництва електронної кераміки в Китаї використовують ступінчасту окислювальну атмосферу печі. Досягнення відновного спікання означає суттєву заміну оригінального обладнання, що, очевидно, нестерпно для виробництва електронної п’єзокераміки в Китаї, яке розпочалося із запізненням. Тому досягнення низького горіння є одним із напрямків дослідження потужних п’єзоелектричних трансформаторних матеріалів. Такі характеристики існуючих безсвинцевих матеріалів не є задовільними. Хоча в галузі п’єзоелектричних досліджень використання безсвинцевих матеріалів для заміни існуючих матеріалів PT або PZT є майбутньою тенденцією, і цього важко досягти в короткостроковій перспективі через існуючі наукові та технологічні умови. У той же час Qm і Kp чистих матеріалів PZT є парою взаємно обмежувальних факторів, один високий, а інший має бути низьким. Тому в дослідницькій галузі потужних п’єзоелектричних матеріалів очі дослідників здебільшого зосереджені на лантану свинцю (PMS), свинцю німанату (PMN), свинцю, цинку ніобаті (PZN) та інших компонентах і PZT. Дослідження трійкових, четвертинних або багатовимірних систем. З наведених вище прикладів видно, що потужна п’єзоелектрична кераміка має такі характеристики з точки зору складу: основними компонентами потужної п’єзоелектричної кераміки є переважно PZT, а співвідношення Zr/Ti знаходиться поблизу квазігомофазної межі. Це головним чином пов'язано з існуванням квазіоднофазної межі між розслабленим сегнетоелектричним комплексом і п'єзо PZT. Через існування квазіоднорідної фазової межі існує великий простір для регулювання для вибору та проектування складу матеріалу та продуктивності. Нові результати дослідження квазігомофазної межі також показують, що C20-221: існує моноклінна сегнетоелектрична фаза на квазігомофазній межі, і полярна вісь моноклінної сегнетоелектричної фази може бути між ними. У будь-якому напрямку, так що в матеріалі композиції поблизу квазіоднофазної межі відхилення домену під час поляризації легше, а п’єзоелектричні властивості матеріалу поблизу квазіоднофазної межі є оптимальними. Оскільки температура Кюрі розслаблених сегнетоелектриків відносно низька, наприклад: Pb (Z n, /3Nb2/3), її Tc = 1400C, тому, щоб забезпечити вищу температуру Tc матеріалу, вміст PZT у цих системах є вищим.

Завдяки наведеному вище аналізу доступні наступні принципи вибору та проектування матеріалів для потужних п’єзоелектричних керамічних трансформаторів: