Language
Перегляди: 2 Автор: Редактор сайту Час публікації: 2020-03-16 Походження: Сайт
П’єзоелектричні керамічні мікроприводи — це твердотільні приводи нового типу, виготовлені з використанням зворотного п’єзоелектричного ефекту. Вони широко використовуються в галузях високих технологій, таких як прецизійна оптика, мікромеханіка, мікроелектроніка та комп’ютерні програми. Ці програми вимагають, щоб п’єзоелектричні керамічні пристрої були невеликими, мали низьку рушійну напругу, великий робочий об’єм та інтеграцію. У минулому на багатошарові п’єзоелектричні керамічні мікроприводи, сформовані шляхом склеювання п’єзоелектричної кераміки за допомогою адгезиву, впливала товщина єдиної керамічної діафрагми. Обмеження (досить складно зробити керамічний моноліт товщиною 200 мкм або менше), пристрій не можна мініатюризувати та інтегрувати, а клей у пристрої, оскільки пристрій генерує велику повзучість під дією електричного поля, що не сприяє точності контролю зміщення, особливо пристрій під дією сильного електричного поля протягом тривалого часу, клей легко відпасти від лист компонентів для зварювання п’єзокільцевого зварювання , що спричиняє погіршення продуктивності пристрою та навіть явище руйнування пристрою, що скорочує термін служби пристрою, приносячи великі переваги застосуванню. В останні роки багатошарова чіпова п’єзоелектрична кераміка, отримана за допомогою процесу необробленого лиття п’єзокераміки та технології спільного випалювання литої п’єзокерамічної плівки та внутрішнього електродного керамічного мікроприводу (MMPA), є новим типом функціонального керамічного пристрою з чудовою продуктивністю, придатною для великомасштабного виробництва. Цей багатошаровий чіп-пристрій легко виготовляє плівку товщиною менше 100 мкм завдяки процесу лиття. Після випалу п’єзокерамічні шари безпосередньо прикріплюються до внутрішнього електрода без необхідності клею. Таким чином, пристрій можна мініатюризувати та мініатюризувати, продуктивність повзучості пристрою також значно покращується, а явище нашарування між керамічними шарами значно покращується. Він ефективно долається, що значно збільшує термін служби пристрою. У цій статті розповідається про тип багатошарової мікросхеми та високий тиск свинцю в системі PZT, створені за допомогою технології керамічного лиття та технології спільного спалювання керамічної зеленої плівки та внутрішнього металевого електрода. Це перший випадок для електричного керамічного мікроприводу в цій країні. Ця стаття в основному вивчає статичні та динамічні характеристики переміщення цього пристрою.
Потік процесу для приготування багатошарового п’єзоелектричного керамічного мікроприводу чіпа повинен проходити через 10 основних етапів процесу: спочатку м’який потрійний п’єзоелектричний керамічний порошок PZT з великим коефіцієнтом п’єзоелектричної деформації готується за допомогою електронного процесу підготовки п’єзокераміки. Молекулярна формула: xPb(Zn1/3Nb2/3)O3+yPbZrO3+zPbTiO3,(PZN-PZ-PT), (x+y+z=1),
Потім керамічний порошок pzt і органічну добавку рівномірно змішують у певному співвідношенні тверда речовина / рідина для отримання однорідної керамічної суспензії, і керамічну суспензію відливають у бункер на ливарній машині для лиття. І органічний носій прискорює отримання рівномірної, щільної, литої зеленої плівки певної товщини. Лита зелена плівка штампується в керамічну зелену плівку pzt певної форми, а візерунок з малюнком наклеюється електродом, а потім керамічна зелена плівка, надрукована електродами, поміщається в спеціальну форму та ламінується в певному порядку для отримання багатошарової п’єзокераміки. Після розрізання багатошарового корпусу кількох багатошарових керамічних пристроїв відповідно до розміру активної області пристрою, помістіть їх у чистий тигель з Al2O3 і повільно упакуйте разом. Два кінці багатошарового чіп-пристрою покриті зовнішніми електродами Ag, обпалені сріблом 650 C, високотемпературна поляризація (час поляризації 30 хв, електричне поле 4000 В / мм, температура 140 C). Конвекційна товста плівка та високотемпературний внутрішній електрод, і, нарешті, отримали багатошаровий п’єзоелектричний керамічний мікропривід із мікросхемою з активною площею 5 мм × 6 мм і загальною товщиною 2 мм (шар п’єзоелектричної кераміки складається з 35 шарів, кожен шар має товщину 47 мкм, а верхній і нижній поверхневі шари мають товщину приблизно 120 мкм).
Коефіцієнт п'єзоелектричної деформації d33 П'єзокерамічні компоненти були виміряні Інститутом акустики Китайської академії наук. Мікроструктуру мікрозони багатошарового пристрою спостерігали за допомогою скануючого електронного мікроскопа (SEM), виготовленого Заводом приладів Китайської академії наук. Значення переміщення електричного керамічного мікроприводу перевіряється за допомогою виробленого вимірювача індуктивності з цифровим дисплеєм DGS-6. Роздільна здатність 0,01 мкм. Динамічне зміщення перевіряється одним лазерним променем за принципом доппель-ефекту. Роздільна здатність 0,005 мкм.
Оскільки п’єзоелектрична кераміка піддається постійній зовнішній напрузі, коли напруга прикладається до двох поверхонь, перпендикулярних до напрямку її товщини (напрямку поляризації), і враховуючи лише п’єзоелектричну деформацію до лінійної деформації, з п’єзоелектричного рівняння можна дізнатися, що тиск. Виражається зміщення Δll електричної кераміки в поздовжньому напрямку товщини.
Де d33 — коефіцієнт п’єзоелектричної деформації, V — прикладена напруга, t — товщина керамічного моноліту. Рівняння показує, що коли прикладена напруга змінюється, зміщення п’єзоелектричного листа в напрямку товщини та п’єзоелектрика. Коефіцієнт деформації d33 пропорційний прикладеній напрузі V і не має нічого спільного з товщиною; однак, коли прикладене електричне поле змінюється, зсув, створюваний пристроєм, не тільки пропорційний п’єзоелектричному коефіцієнту d33 та електричному полю, але також пропорційний товщині. Це пропорційно. Можна побачити, що зсув п'єзокераміки в напрямку товщини пов'язаний з робочим режимом приводу зміщення, вибраного п'єзокерамікою. При застосуванні два фактори прикладеної напруги та електричного поля повинні враховуватися одночасно. Застосування в умовах близькопробійного електричного поля; в той же час, робоча напруга повинна бути якомога нижчою, а зміщення - якомога більшим.
Для пристрою з певною прикладеною напругою зменшення товщини керамічного листа може досягти мети зменшення розміру пристрою в напрямку товщини. Отже, коли багатошаровий п’єзокерамічний лист механічно з’єднаний послідовно, електрично з’єднаний паралельно, а п’єзокерамічний шар разом, напрямок поляризації сусіднього п’єзокерамічного перетворювача приймає зворотну структуру. Таким чином, коли до багатошарового п’єзоелектричного керамічного мікродрайвера прикладається робоча напруга, його поздовжнє зміщення накладається, яке може бути виражене.
Де N — це кількість п’єзокерамічних ламінатів, тобто зміщення багатошарового п’єзоелектричного керамічного мікроприводу збільшується в N разів порівняно з одним шматком п’єзоелектричної кераміки. Однак, коли зміщення базується на електричному полі, прикладеному кожним п’єзоелектричним керамічним листом, коли величина зміни є, рівняння (2) може бути виражене.
Де t - товщина кожного шару п'єзокераміки, а l - загальна товщина багатошарового пристрою. Порівнюючи вирази рівнянь (3) і (1), можна виявити, що коли - загальна товщина багатошарового пристрою. Коли товщина t однакова, обидва рівняння однакові, що вказує на те, що коли напруженість електричного поля, прикладеного кожною п’єзоелектричною керамічною деталлю багатошарового пристрою, така ж, як і в окремої п’єзоелектричної кераміки, величина зміщення обох рівна. Прикладена напруга в N разів нижча, ніж у монолітної п’єзоелектричної кераміки.
З наведеного вище аналізу видно, що, хоча монолітна п’єзоелектрична кераміка також може досягти мікронного зміщення за рахунок збільшення товщини плівки, прикладена робоча напруга повинна складати тисячі вольт, що не сприяє застосуванню. Що стосується величини зміни, то вона виконує дві різні функції: посилення величини зміщення та зменшення робочої напруги. Особливо, коли багатошаровий пристрій підтримує постійне електричне поле, загальну товщину можна збільшити шляхом збільшення кількості шарів пристрою. Тому він практично застосований. Коли багатошарові пристрої мають не тільки збільшений робочий об’єм, але й можуть ефективно знизити робочу напругу.
загальна товщина становить 2 мм (шар п’єзоелектричної кераміки складається з 35 шарів, кожен шар має товщину 47 мкм, а верхній і нижній поверхневі шари мають товщину близько 120 мкм), який готується за допомогою процесу лиття керамічної заготовки та технології спільного спалювання внутрішнього електрода кераміки та металу. Білі паралельні смуги на зображенні являють собою металеві внутрішні електроди з шарами кераміки pzt між внутрішніми електродами. У ній можна спостерігати багато пір розміром у кілька мікрон п'єзокерамічне кільце . Це пов'язано з керамічним литтям. Органічні матеріали, такі як зв'язувальні та пластифікатори, займають певну частку в зеленій плівці. Коли кераміка/внутрішні електроди підпалюються разом, випаровування органічних матеріалів у цих плівках викликає багато великих пор у шарі кераміки pzt. Однак ці пори відносяться до серії PZT. Електромеханічні характеристики шару кераміки pzt не зазнають серйозного впливу в листі литої кераміки. Цей результат в основному узгоджується з електромеханічним коефіцієнтом жорсткої п’єзокераміки PBNN, виготовленої методом лиття. Тому можна вважати, що електромеханічні параметри п’єзокераміки, отриманої методом лиття, в основному такі ж, як і листової кераміки методом сухого пресування.
