Étude sur le processus de polarisation de la céramique piézoélectrique PZT

Transducteur de cristal piézoélectriquesont largement utilisés dans les domaines de l'électronique, de la lumière, de la chaleur et de l'acoustique, et sont devenus des matériaux fonctionnels importants dans l'industrie de la défense, l'industrie civile et la vie quotidienne. Ils sont une direction de recherche majeure des matériaux fonctionnels actuels. À l'heure actuelle, la céramique piézoélectrique la plus utilisée est toujours le titanate de zirconate de plomb (PZT) et sa céramique ternaire ou quaternaire. Le processus de polarisation est un processus clé dans la fabrication de dispositifs en céramique piézoélectrique. Le processus de polarisation est le processus du mouvement et du développement des structures de domaine dans la céramique piézoélectrique. Les céramiques piézoélectriques sont des corps isotropes avant polarisation artificielle et ne présentent pas d'effet piézoélectrique à l'extérieur; Après la polarisation, ils deviennent des corps anisotropes dus à une polarisation rémanente, ayant ainsi un effet piézoélectrique. Les propriétés diélectriques et élastiques de la céramique piézoélectrique polarisée sont liées au degré de polarisation. Afin de faire en sorte que les céramiques piézoélectriques aient un degré élevé de polarisation et de donner un jeu complet à leurs propriétés potentielles piézoélectriques, il est nécessaire d'adopter les conditions de polarisation optimales, c'est-à-dire pour sélectionner la force de champ électrique de polarisation appropriée (E) et la température de polarisation (T). Et temps de polarisation (t). Les trois conditions du processus de polarisation sont interdépendantes. Si le champ électrique de polarisation est faible, il peut être compensé en augmentant la température et en prolongeant le temps de polarisation; Si le champ électrique est solide et que la température est élevée, le temps de polarisation peut être raccourci. Cependant, les trois conditions de polarisation sont étroitement liées à la composition de la céramique piézoélectrique. Pour les matériaux en céramique piézoélectrique PZT, le champ électrique coercitif est réduit. La méthode traditionnelle consiste à ajuster le rapport zirconium / titane. Plus le rapport zirconium / titane est grand, plus le champ électrique coercitif est petit, de sorte que le champ électrique de polarisation est plus petit. Il augmente le rapport zirconium / titane n'améliore pas de manière significative les conditions de processus de polarisation.

Dans la production et la recherche scientifique, certains oxydes et composés sont souvent utilisés comme traces d'additifs pour améliorer les performances des matériaux en céramique piézoélectrique. Ces traces d'additifs remplacent les positions de certains ions de titane et des ions de zirconium dans PZT, ce qui fait que le domaine des grains se déplace facilement, ce qui entraîne une réduction significative du champ électrique coercitif et réduit également les trois conditions de polarisation. Facile à polariser. Après une longue période d'expériences répétées, il est déterminé que le filtre en céramique piézoélectrique à 6,5 MHz est en PZT modifié et sa composition est PB0. 90 SR0. 05mg0. 03BA0. 02 (Zr0. 53 Ti0. 47 ) O3 +CeO2 + After the piezoelectric ceramic raw material is pre-fired, formed, fired and polished, a round piezo ceramic disc of 24 mm × 0.35 mm is formed, and after being silver on both côtés de la pièce en céramique piézo rond, il est placé dans un four à 100 ° C cuire pendant plus de 10 min et retirez les carreaux de la couche d'argent. Ensuite, la plaque piézo-argentée est placée dans un four à boîte, et la température est augmentée à 100 ° C à une température constante de 15 ° C / 6 min, et la température est augmentée à 0,5 ° C. La température est augmentée à un température constante de 15 ° C / 6 min. À 400 ° C, la température a été augmentée à 700 ° C à une température constante de 20 ° C / 6 min. Après une température constante de 20 min, la température a été lentement abaissée à moins de 100 ° C. Les pièces en porcelaine plaquée en argent ont été placées à température ambiante pendant 12 h, placées dans un bain d'huile en silicone et soumises à un traitement de polarisation dans les différentes conditions de polarisation. Les propriétés piézoélectriques detube piézoélectrique tangentielont été mesurés après avoir debout 24 h.

Effet du champ électrique polarisé sur les propriétés piézoélectriques

Dans le processus de polarisation, le champ électrique de polarisation est la force motrice externe pour diriger le domaine. Dans le cas de ne pas dépasser la résistance au champ de saturation du matériau, plus E est grand, plus l'effet de l'orientation de l'alignement du domaine est grand et le degré de polarisation, plus les performances piézoélectriques sont complètes. Les électrons difficiles à détourner ou à réorienter à la basse pression sont plus susceptibles de déviation ou de réorientation sous haute pression, ce qui rend la polarisation plus complète. Pour un domaine d'inversion de 180 °, l'inversion du domaine ne dirige pas le domaine inverse à travers le mouvement latéral de sa paroi de domaine, mais augmente plutôt beaucoup de polarisation près de l'électrode le long du bord de l'échantillon à l'intérieur du domaine d'inversion. Un nouveau domaine vif avec une direction compatible avec la direction du champ électrique. Après nucléation du nouveau domaine, il progresse sous l'action d'un champ électrique et pénètre dans l'ensemble de l'échantillon. Lorsque le champ électrique est amélioré, de nouveaux domaines apparaissent en continu et le développement avant se propage à l'ensemble du domaine inverse. Enfin, le domaine inverse devient le même que la direction du champ électrique externe et se combine avec des domaines isotropes adjacents pour former un plus grand volume. Pour un domaine de 90 °, la paroi du domaine peut se déplacer latéralement et le champ électrique critique requis pour le mouvement latéral du domaine à 90 ° est plus petit que le champ électrique critique requis pour le nouveau noyau de domaine de forme tranchante, mais la direction du domaine à 90 ° et la direction du champ électrique externe est nécessaire. Chérent nécessite un champ électrique plus grand, et le développement de son nouveau domaine repose principalement sur le champ électrique externe pour pousser le mouvement latéral de la paroi du domaine à 90 °. Dans l'état de t = 15 min et t = 130 ° C, la polarisation de la pièce en céramique piézoélectrique a été modifiée par E, et la constante piézoélectrique D33 a changé avec E. On peut voir que lorsque E <1 1 kV / mm , D33 augmente lentement avec l'augmentation de E; Lorsque E> 1. 5 kV / mm, le D33 augmente rapidement avec l'augmentation de E, mais lorsque E> 2. 5 kV / mm, D33 baisse soudainement rapidement. En effet, lorsque E <1 1 kV / mm, la polarisation ne peut que faire passer facilement le matériau à l'orientation du domaine de 180 ° dans le sens du champ électrique externe, de sorte que la valeur D33 est inférieure et l'augmentation est plus lente; Lorsque E> 1. 5 kV, le champ électrique externe est plus grand que le champ électrique coercitif du matériau, de sorte que le domaine de 90 ° qui est difficile à tourner le matériau. Ce qui tend la direction du champ électrique externe, de sorte que le champ D33 augmente rapidement; Continuez à augmenter la résistance au champ électrique externe, lorsque E> 2. 0 kV / à mm, le virage du domaine piézoélectrique dans le matériau est presque terminé, donc l'augmentation de D33 a tendance à être lente. Mais lorsque E atteint une certaine valeur (E> 2. 5 kV / mm), les électrons libres dans la céramique piézo-piétique obtiennent plus d'énergie dans le champ électrique que l'énergie perdue. Selon la théorie de la collision d'ionisation, les électrons libres peuvent être après chaque collision. L'énergie accumulée fait augmenter la température de la feuille de céramique en continu, les performances piézoélectriques sont en continu dégradées et finalement une dégradation thermique se produit. De plus, lorsque le champ électrique appliqué est suffisamment élevé, en raison de l'effet de tunneling de la mécanique quantique, les électrons de bande interdite peuvent entrer dans la bande de conduction, et sous l'action du champ fort, les électrons libres sont accélérés, provoquant la collision des électrons et ioniser. À l'heure actuelle, en raison de l'augmentation du courant, la température locale du cristal piézo augmente, ce qui fait fondre et détruise partiellement sa structure, de sorte que les propriétés de la céramique piézotique sont dégradées et enfin se déroulent.

Effet de la température de polarisation sur les propriétés piézoélectriques

À l'état de E = 2. 0 kV / mm et t = 15 min, t est modifié pour polariser la céramique piézoélectrique. La variation de D33 et D33 commence à augmenter plus rapidement. Une fois que la température a atteint 130 ° C, la valeur de D33 est restée fondamentalement inchangée. En effet, à des températures plus basses, à mesure que la température augmente, le rapport axe du cristal piézo devient plus petit, l'activité du domaine augmente et la contrainte interne causée par la direction à 90 ° des domaines devient plus petite, c'est-à-dire que la direction du domaine est affectée. La résistance est petite et les domaines sont facilement orientés, donc la polarisation est plus facile à effectuer. Lorsque t atteint 130 ° C, la plupart des domaines piézoélectriques sont tournés et la direction est saturée, donc la valeur de D33 ne change pas.

Les conditions de polarisation ont une grande influence sur les performances de la céramique piézoélectrique, et le champ électrique de polarisation est le principal facteur des conditions de polarisation. Théoriquement, lorsque le champ électrique appliqué dépasse la résistance au champ coercitif, la plupart des domaines doivent être tournés et polarisés réarrangés et entièrement polarisés, mais dans un tel champ électrique, même s'il est polarisé pendant longtemps, il ne peut pas être obtenu. Meilleures propriétés piézoélectriques. Afin de rendre les propriétés piézoélectriques du matériau entièrement exercées, le champ électrique doit être ajouté à la résistance au champ de saturation, qui est de 3 à 4 fois de résistance au champ coercitif. Par conséquent, le champ électrique coercitif est la limite inférieure du champ électrique sélectionné pendant la polarisation, et la résistance au champ de saturation, il peut être considéré que la limite supérieure de la résistance du champ est sélectionnée au moment de la polarisation, et si la résistance du champ de saturation est dépassé, la panne se trouve facilement. Après une considération complète, les paramètres de processus de polarisation optimaux du filtre en céramique piézoélectrique à 6,5 MHz sont déterminés: la résistance au champ électrique de polarisation est de 2,2 kV / mm et la température de polarisation est de 130 ° C. Sur cette base, le pôle est déterminé. Le temps est de 15 min. Les résultats expérimentaux montrent que lorsque le temps de polarisation dépasse 15 min, l'effet sur les performances piézoélectriques n'est pas évidente. Il a également été constaté dans l'expérience que l'utilisation de la pâte d'argent de pâte conductrice à basse température au lieu de la pâte d'argent à haute température couramment utilisée dans le processus d'interruption d'argent peut améliorer les propriétés piézoélectriques et mécaniques de la feuille de céramique dans une certaine mesure, Mais la force de liaison est plus faible et le coût est plus élevé. Élevé et inadapté à la production industrielle. Dans l'expérience du processus de tir, il a été constaté que la feuille de céramique piézotique a une température de plus de 1 250 ° C et un temps de maintien de plus de 2 h a été sujet à la dégradation pendant la polarisation, entraînant une augmentation des fissures. En effet, plus la température de tir est élevée et plus le temps de maintien est long, plus la cristallisation est grave, de sorte que les grains plus petits deviennent de gros grains, ce qui entraîne généralement une augmentation de la porosité céramique et une diminution de la densité céramique. Il réduit la résistance mécanique et la constante diélectrique et réduit en même temps le facteur de qualité mécanique de la céramique piézotique.

Lorsque le transfert arrive, le transfert est authentifié. S'il réussit, les ressources allouées dans la phase de préparation sont remises au module d'accès au protocole et un appel est initié au contrôle. À l'heure actuelle, le contrôle d'appel considère que l'appel est un appel terminal normal. Lorsque le module d'accès au protocole rapporte au hom que le terminal a réellement accédé au message, le commutateur peut être considéré comme dans un état stable. Si le terminal qui est commuté nécessite d'autres transferts, tels que le transfert interne ou le transfert ultérieur, il peut être complété en fonction de la description de la fonction HO. Il convient de souligner que les extrémités de l'OT commutées n'ont rien à voir avec les extrémités de l'OT de l'appel. L'extrémité T et l'extrémité O de l'appel peuvent être l'extrémité O commutée ou l'extrémité T commutée. Après des recherches sur GSM et UMTS transmettant, s'il y a GSM et UMTS, les transferts de Softswitch mobiles, il existe de nombreuses similitudes entre le processus de signalisation et le contrôle des médias, en particulier les messages de transfert de BSSAP et RANAP. Dans le processus de conception de la machine d'état, il est envisagé de mettre en œuvre la fusion des deux protocoles et d'adopter enfin le schéma de mise en œuvre de séparation. Le processus de signalisation d'un seul protocole dans le transfert n'est pas compliqué, et la complexité du transfert provient principalement de la coopération des protocoles sur plusieurs interfaces différentes. La fusion des messages liés à la transfert dans les deux protocoles de la partie d'application du sous-système de la station de base (BSSAP) et de la pièce d'application du réseau d'accès radio (RANAP) ne peut pas être grandement simplifiée pour la conception de la machine d'état de transfert et sera également pour Bssap. La conception adaptée au protocole RANAP ajoute de la complexité. De plus, la fusion entraînera une redondance des messages et des paramètres ou une perte de fonctionnalité.