Descrição do transdutor de material cerâmico piezocerâmico

Sobre os materiais de motorista de cerâmica piezoelétrica, a cerâmica piezoelétrica exibe altos requisitos sobre as propriedades de materiais cerâmicos piezoelétricos, como constante de alta tensão de tensão elétrica, ponto de alta curie, alto coeficiente de acoplamento eletromecânico e constante de alta freqüência. A cerâmica piezoelétrica mais amplamente usada é PZT (Chumbo Zirconate Titanate) com base emTransdutor cerâmico piezoelétrico de material PZTDevido ao seu notável efeito piezoelétrico, é alta temperatura de curie, forte resistência à radiação e fácil integração com a tecnologia de integração de semicondutores. Mas é prejudicial ao corpo humano e ao meio ambiente. Portanto, as pessoas começaram a procurar materiais cerâmicos piezoelétricos sem chumbo com excelente desempenho.

Os materiais de cerâmica piezoelétricos de leads mais pesquisadores em casa e no exterior incluem principalmente os seguintes sistemas: cerâmica piezoelétrica sem chumbo baseada em titanato de bário; Cerâmica piezoelétrica sem chumbo baseada em titanato de bário; Cerâmica piezoelétrica sem chumbo baseada em tantalato e estrutura em camadas de tântalo em cerâmica piezoelétrica sem chumbo.

Cerâmica piezoelétrica sem chumbo baseada em titanato de bário

A pesquisa e a aplicação de titanato de bário (BATIO3) com base em sem chumboTransdutores de cerâmica piezo.foram bastante maduros. No entanto, a temperatura da Curie da Cerâmica Batio3 é baixa (TC = 120), a faixa de temperatura operacional é estreita, e o desempenho de cerâmica piezoelétrico é moderada. É difícil melhorar muito as propriedades piezoelétricas pela modificação doping, e há uma transição de fase perto da temperatura. Portanto, sua aplicação de cerâmica piezoelétrica é limitada. Barium Strotium Titanate-free piezoelétrico de cerâmica Cerâmica Titanato e BI0.5NA0.5tio3 (BNT) é um representante típico da série de titanato. A BNT tem as características das ferrarelétricas descontraídas, que tem polarização remanente relativamente grande e campo coercitivo extremamente alto (7,5kv / mm), e tem um grande coeficiente piezoelétrico (KT, KP cerca de 50%), excelente desempenho de dielétrico, como pequeno coeficiente ( 240 ~ 340) e bom desempenho acústico (sua freqüência constante NP = 3200Hz). Devido ao seu alto campo elétrico coercitivo e alta condutividade elétrica na região fase ferroelétrica, a polarização é difícil, o que está dificultando a produção de cerâmica piezoelétrica prática. Para superar as deficiências da polarização cerâmica de BNT Piezo e a dificuldade de sinterização em amostras densas, adiciona-se uma variedade de pares dopant de estrutura de perovskite.bnt é modificado. Apresentando elementos como PB, BA, CA, SR, MN, etc., a força de campo coercitiva da BNT é muito alta, e a dificuldade de polarização causada pela alta condutividade da fase ferroelétrica BNT é evitada, e a polarização do material BNT é resolvido com sucesso.

A cerâmica piezoelétrica sem chumbo baseada em Bismuth:

A cerâmica piezoelétrica sem chumbo baseada em Bismuto inclui principalmente nanbo3, knbo3, linbo3 e semelhantes. oTransdutores cerâmicos de piezo hemisfériotem as vantagens da baixa densidade, alta velocidade acústica, grande fator de qualidade mecânica QM, grande coeficiente de acoplamento eletromecânico KP, baixa constante dielétrica, alto desempenho piezoelétrico, constante de grande freqüência, etc., portanto, a cerâmica piezoelétrica baseada em tantalato é um dispositivo de frequência e material preferido. No entanto, devido à volatilidade do material de metal, é difícil obter uma cerâmica piezo com boa compactação por um processo de cerâmica convencional, que deteriora as propriedades cerâmicas. A densa cerâmica nanbo3-knbo3 pode ser obtida por prensagem a quente ou processo de prensagem isostática, e a temperatura a estabilidade do material é muito melhorada, e a densidade relativa pode atingir 99%.

Em aplicações práticas, algumas características inerentes do transdutor cerâmico de cilindros piezocerâmicos (como histerese, fluência, etc.) têm um grande impacto no controle de deslocamento de alta precisão. A fim de reduzir a influência da histerese de cerâmica piezoelétrica na produção de deslocamento, os estudiosos estrangeiros propuseram muitos métodos de compensação. Atualmente, o método de eliminação de histerese é geralmente o controle de loop fechado no processo de controle. Este modo requer um sensor de deslocamento adicional para medir o deslocamento e compará-lo com o deslocamento de destino do controlador para formar um mecanismo de ajuste de controle complexo.

Sob a ação de campo elétrico alternado, os transdutores piezo polarizados ultra-sônicos exibem a degradação ferroelétrica macroscópica devido à diminuição da atividade da parede do domínio feroelétrico. Micro-rachaduras, delaminação ou fratura frequentemente ocorrem a fadiga induzida pelo material e induzida por campo. A razão intrínseca é principalmente devido à diferença na interface com propriedades. O coeficiente de expansão térmica na interface entre a cerâmica piezo e o eletrodo é diferente ou há uma reação química, que afeta adversamente o desempenho da fadiga da cerâmica piezoelétrica. A força de ligação da interface é muito melhorada, incorporando o eletrodo em pó no material cerâmico ou incorporando o pó cerâmico e o eletrodo original. Campo elétrico e temperatura são os principais fatores externos que afetam o desempenho da fadiga. Um estudo de dois fatores pode ser encontrado que o campo é mais forte do que a força de campo coercivo ou a frequência é alta, o que causará fadiga elétrica. Além disso, em uma determinada faixa de temperatura, a resistência à fadiga aumenta com a temperatura crescente. Quando a temperatura excede um certo valor crítico, o material entra na fase paramagnética e o fenômeno da fadiga desaparece.

Espera-se que os displays cerâmicos piezoelétricos superem as deficiências das exibições mainstream atuais que são suscetíveis à interferência eletromagnética, pontos mortos, gravação, etc., e têm grandes perspectivas de mercado. A matriz do atuador de displays cerâmicos piezoelétricos pode ser fabricada por um processo de molde de silício ou um processo de deposição eletroforética, e uma cerâmica piezoelétrica baseada em chumbo pode ser substituída por uma cerâmica piezoelétrica sem chumbo de uma estrutura estruturada baseada em tantalato e tântalo. Apesar de alguns progressos no desenvolvimento de displays cerâmicos piezoelétricos, ainda há um número de questões de tecnologia de processo chave que precisam ser resolvidas:

(1) Embora o desempenho de alguma cerâmica piezoelétrica sem chumbo seja excelente, ainda há uma grande lacuna em comparação com a cerâmica piezoelétrica baseada em PZT, e as propriedades piezoelétricas devem ser melhoradas medindo a modificação e melhoria do processo;

(2) Para tornar a histerese e a precisão de compensação de fluência do transdutor de pressão piezoelétrico melhor atender melhor aos requisitos do controle de posicionamento de precisão ultra-alta, os cientistas precisam estudar ainda mais a compensação de correção ou controle efetivo através de experimentos para reduzir o motorista cerâmico piezoelétrico. A influência do fluência na precisão de posicionamento;

(3) Atualmente, a pesquisa de fadiga induzida por campo se concentra principalmente no campo de campo e temperatura elétrica, mas a pesquisa sobre o campo sob o acoplamento de vários campos está faltando, mas os dispositivos cerâmicos piezoelétricos reais funcionam em condições de acoplamento multi-campo, por isso É necessário fortalecer o estudo do mecanismo de fadiga induzido em campo sob o acoplamento multi-campo.