Дослідження процесу поляризації п'єзоелектричної кераміки PZT

П'єзоелектричні кристалічні перетворювачі широко використовуються в галузях електроніки, світла, тепла та акустики, і стали важливими функціональними матеріалами в оборонній промисловості, цивільній промисловості та повсякденному житті. Вони є основним напрямком дослідження сучасних функціональних матеріалів. В даний час найбільш використовуваною п'єзоелектричною керамікою все ще є цирконат титанат свинцю (PZT) і його потрійна або четвертинна кераміка. Процес поляризації є ключовим процесом у виготовленні п’єзоелектричних керамічних пристроїв. Процес поляризації — це процес руху і розвитку доменних структур у п'єзокераміці. П'єзоелектрична кераміка є ізотропним тілом до штучної поляризації і не виявляє зовнішнього п'єзоелектричного ефекту; після поляризації вони стають анізотропними тілами внаслідок залишкової поляризації, маючи таким чином п'єзоелектричний ефект. Діелектричні та пружні властивості поляризованої п'єзоелектричної кераміки пов'язані зі ступенем поляризації. Для того, щоб п’єзоелектрична кераміка мала високий ступінь поляризації та повною мірою використовувала її потенційні п’єзоелектричні властивості, необхідно прийняти оптимальні умови поляризації, тобто вибрати відповідну напруженість поляризаційного електричного поля (E) і температуру поляризації (T). І час поляризації (t). Три умови процесу поляризації взаємопов'язані. Якщо поляризаційне електричне поле слабке, це можна компенсувати підвищенням температури і подовженням часу поляризації; якщо електричне поле сильне і температура висока, час поляризації можна скоротити. Однак три умови поляризації тісно пов'язані зі складом п'єзоелектричної кераміки. Для п'єзоелектричних керамічних матеріалів PZT коерцитивне електричне поле зменшено. Традиційним методом є регулювання співвідношення цирконію до титану. Чим більше співвідношення цирконію до титану, тим менше коерцитивне електричне поле, тому електричне поле поляризації є меншим. Збільшення співвідношення цирконію до титану істотно не покращує умови процесу поляризації.

У виробництві та наукових дослідженнях певні оксиди та сполуки часто використовуються як мікродобавки для покращення характеристик п’єзоелектричних керамічних матеріалів. Ці мікродобавки замінюють позиції деяких іонів титану та іонів цирконію в PZT, завдяки чому домен у зернах легко переміщується, що призводить до значного зменшення коерцитивного електричного поля, а також зменшує три умови поляризації. Легко поляризувати. Після тривалого періоду повторюваних експериментів було встановлено, що п’єзоелектричний керамічний фільтр 6,5 МГц виготовляється з модифікованого PZT і має склад Pb0. 90 Sr0. 05Mg0. 03Ba0. 02 (Zr0.53 Ti0.47 ) O3 +CeO2 + Після того, як п’єзоелектричну керамічну сировину попередньо обпалили, сформували, обпалили та відполірували, утворюється круглий п’єзокерамічний диск розміром 24 мм × 0,35 мм, який після посріблення обох сторін круглого п’єзокерамічного шматка поміщають у духовку при 100 °C. Випікають. протягом більше ніж 10 хв, і зніміть плитки з срібного шару. Потім срібну п’єзопластину поміщають у коробчату піч і температуру підвищують до 100 °C при постійній температурі 15 °C/6 хв, а температуру підвищують на 0,5 °C. Температуру підвищують до постійної температури 15 °C/6 хв. При 400 °C температуру підняли до 700 °C при постійній температурі 20 °C / 6 хв. Після постійної температури протягом 20 хвилин температуру повільно опустили нижче 100 °C. Посріблені порцелянові деталі поміщали при кімнатній температурі на 12 годин, поміщали в баню з силіконовим маслом і піддавали поляризаційній обробці в різних умовах поляризації. П'єзоелектричні властивості тангенціальної п'єзоелектричної трубки вимірювали після витримки протягом 24 годин.

Вплив поляризованого електричного поля на п'єзоелектричні властивості

У процесі поляризації електричне поле поляризації є зовнішньою рушійною силою для керування доменом. У разі неперевищення напруженості поля насичення матеріалу, чим більше E, тим сильніший ефект орієнтації вирівнювання доменів, а ступінь поляризації Чим повніше, тим краще п’єзоелектричні характеристики. Електрони, які важко відхилити або переорієнтувати при низькому тиску, більш чутливі до відхилення або переорієнтації під високим тиском, що робить поляризацію більш повною. Для інверсійного домену на 180° інверсія домену не керує зворотним доменом через латеральний рух його доменної стінки, а радше збільшує поляризацію поблизу електрода вздовж краю зразка всередині інверсійного домену. Новий гостроподібний домен із напрямком, що відповідає напрямку електричного поля. Після зародження нового домену він просувається під дією електричного поля і проникає через весь зразок. Коли електричне поле посилюється, нові домени з’являються постійно, і прямий розвиток поширюється на весь зворотний домен. Нарешті, зворотний домен стає таким самим, як напрямок зовнішнього електричного поля, і поєднується з сусідніми ізотропними доменами, утворюючи більший об’єм. Для домену 90° доменна стінка може рухатися вбік, і критичне електричне поле, необхідне для бічного переміщення домену 90°, менше, ніж критичне електричне поле, необхідне для гострого нового ядра домену, але керування доменом 90° та напрямок зовнішнього електричного поля необхідні. Consistent вимагає більшого електричного поля, і розвиток його нового домену в основному покладається на зовнішнє електричне поле, щоб підштовхнути бічний рух доменної стінки на 90°. За умови t = 15 хв і T = 130 °C поляризація п’єзоелектричної керамічної деталі змінювалася на E, а п’єзоелектрична постійна d33 змінювалася разом з E. Можна побачити, що коли E < 1,5 кВ/мм, d33 повільно зростає зі збільшенням E; коли E > 1,5 кВ/мм, d33 швидко зростає зі збільшенням E, але коли E > 2,5 кВ/мм, d33 раптово швидко падає. Це пояснюється тим, що коли E < 1,5 кВ/мм, поляризація може лише змусити матеріал легко повернутися до орієнтації домену на 180° у напрямку зовнішнього електричного поля, тому значення d33 нижче, а збільшення відбувається повільніше; коли E > 1,5 кВ, зовнішнє електричне поле більше, ніж коерцитивне електричне поле матеріалу, так що область 90°, у якій важко повернути матеріал, має тенденцію до напрямку зовнішнього електричного поля, тому d33 швидко зростає; продовжуйте збільшувати напруженість зовнішнього електричного поля, коли E > 2,0 кВ/ При мм поворот п’єзоелектричного домену в матеріалі майже завершений, тому збільшення d33 має тенденцію бути повільним. Але коли E досягає певного значення (E > 2,5 кВ/мм), вільні електрони в п’єзокераміці отримують більше енергії в електричному полі, ніж втрачають енергію. Відповідно до теорії іонізаційного зіткнення, вільні електрони можуть бути після кожного зіткнення. Накопичення енергії спричиняє безперервне підвищення температури керамічного листа, безперервне погіршення п’єзоелектричних характеристик і, нарешті, відбувається термічний пробій. Крім того, коли прикладене електричне поле є достатньо сильним, через тунельний ефект квантової механіки електрони забороненої зони можуть увійти в зону провідності, і під дією сильного поля вільні електрони прискорюються, викликаючи зіткнення та іонізацію електронів. У цей час через збільшення струму місцева температура п’єзокристала підвищується, спричиняючи часткове плавлення п’єзокристала та руйнування його структури, внаслідок чого властивості п’єзокераміки погіршуються, і, нарешті, відбувається руйнування.

Вплив температури поляризації на п'єзоелектричні властивості

За умови E = 2,0 кВ/мм і t = 15 хв T змінюється для поляризації п’єзоелектричної кераміки. Варіація d33 і d33 починає збільшуватися швидше. Після досягнення температури 130 °C значення d33 практично не змінилося. Це пояснюється тим, що при більш низьких температурах, коли температура підвищується, відношення осі п’єзокристала стає меншим, активність домену збільшується, а внутрішня напруга, викликана поворотом доменів на 90°, стає меншою, тобто це впливає на керування доменом. Опір малий, а домени легко орієнтуються, тому поляризацію легше виконати. Коли T досягає 130 °C, більшість п’єзоелектричних доменів повертаються, а кермове керування насичується, тому значення d33 не змінюється.

Умови поляризації мають великий вплив на продуктивність п'єзоелектричної кераміки, а електричне поле поляризації є основним фактором умов поляризації. Теоретично, коли прикладене електричне поле перевищує напруженість коерцитивного поля, більшість доменів слід повернути та поляризувати, перегрупувати та повністю поляризувати, але в такому електричному полі, навіть якщо воно поляризовано протягом тривалого часу, це неможливо отримати. Кращі п'єзоелектричні властивості. Для повного прояву п’єзоелектричних властивостей матеріалу до напруженості поля насичення потрібно додати електричне поле, яке в 3-4 рази перевищує напруженість коерцитивного поля. Отже, коерцитивне електричне поле є нижньою межею електричного поля, вибраного під час поляризації, а напруженість поля насичення. Можна вважати, що верхня межа напруженості поля вибирається в момент поляризації, і при перевищенні напруженості поля насичення легко знайти пробій. Після всебічного розгляду визначено оптимальні параметри поляризаційного процесу п’єзоелектричного керамічного фільтра 6,5 МГц: напруженість електричного поля поляризації 2,2 кВ/мм, температура поляризації 130 °C. Виходячи з цього, визначається полюс. Час 15 хв. Експериментальні результати показують, що коли час поляризації перевищує 15 хв, вплив на п’єзоелектричні характеристики неочевидний. В експерименті також було виявлено, що використання срібної пасти з низькотемпературною електропровідною пастою замість звичайної високотемпературної срібної пасти в процесі спікання срібла може до певної міри покращити п’єзоелектричні та механічні властивості керамічного листа, але міцність зв’язку нижча, а вартість вища. Високий і непридатний для промислового виробництва. Під час експерименту з процесом випалу було виявлено, що п’єзокерамічний лист, який має температуру понад 1250 °C і час витримки більше 2 годин, схильний до руйнування під час поляризації, що призводить до збільшення тріщин. Це пов’язано з тим, що чим вища температура випалу і чим довше час витримки, тим сильніша кристалізація відбувається, так що менші зерна стають великими, що зазвичай призводить до збільшення пористості кераміки та зниження щільності кераміки. Це знижує механічну міцність і діелектричну проникність, і в той же час знижує механічний коефіцієнт якості п'єзокераміки.

 Коли передача надходить, передача автентифікується. У разі успіху ресурси, виділені на етапі підготовки, передаються модулю доступу до протоколу, і ініціюється виклик до системи керування. У цей час керування викликом вважає виклик звичайним термінальним викликом. Коли модуль доступу до протоколу повідомляє HOM, що термінал фактично отримав доступ до повідомлення, можна вважати, що комутатор знаходиться в стабільному стані. Якщо підключений термінал потребує інших хендоверів, таких як внутрішній хендовер або наступний хендовер, це можна виконати відповідно до опису функції HO. Слід зазначити, що комутовані кінці OT не мають нічого спільного з кінцями OT виклику. Кінець T і O кінець виклику можуть бути комутованим O або комутованим T кінцем. Після дослідження хендовера GSM і UMTS, якщо в мобільному програмному комутаторі є хендовери GSM і UMTS, існує багато подібностей між процесом передачі сигналів і керуванням медіа, особливо повідомленнями хендовера BSSAP і RANAP. У процесі проектування кінцевої машини розглядається реалізація злиття двох протоколів і, нарешті, прийняття схеми реалізації поділу. Процес сигналізації одного протоколу під час хендовера не є складним, а складність хендовера в основному виникає через співпрацю протоколів на кількох різних інтерфейсах. Об’єднання повідомлень, пов’язаних з передачею обслуговування, у двох протоколах прикладної частини підсистеми базової станції (BSSAP) і прикладної частини мережі радіодоступу (RANAP) не може бути значно спрощено для розробки кінцевого автомата хэндовера, і це також буде для BSSAP. Дизайн, адаптований до протоколу RANAP, додає складності. Крім того, злиття призведе до надмірності повідомлень і параметрів або втрати функціональності.