Facteur de qualité mécanique de céramique piézoélectrique QM et sa stabilité de la température

Nombre Parcourir:0 auteur:Éditeur du site publier Temps: 2019-10-10 origine:Propulsé

enquête

La céramique piézoélectrique a occupé une proportion considérable dans le domaine des matériaux électroniques et a été largement utilisé. Pour différentes applications de céramiques piézoélectriques, les exigences pour les paramètres piézoélectriques sont également différentes. Par exemple, dans les transducteurs de puissance - litre sur le transformateur piézoélectrique, le rapport de boost de l'appareil est proportionnel au facteur de qualité mécanique QM du matériau PZT. Le matériau piézoélectrique avec une valeur QM élevée a un rapport de boost élevé et une amélioration de l'efficacité de travail, mais dans la région à basse température, la valeur QM est facilement détériorée. En conséquence, le rapport boost est réduit, l'efficacité de travail du transformateur est réduite et la stabilité des performances est affectée. Le matériau en céramique piézoélectrique a une grande valeur QM et une bonne stabilité de la température peut stabiliser les performances de l'appareil dans l'application du transducteur de puissance. Pour améliorer l'efficacité du travail et élargir la portée du travail. D'un autre côté, si vous souhaitez augmenter la bande passante, vous devez réduire la valeur QM. Par conséquent, pour comprendre la nature physique du QM, explorez davantage les facteurs affectant la stabilité et la taille de la température du QM. En pratique, la valeur QM du matériau piézoélectrique peut être ajustée et la stabilité de la température peut être améliorée, répondant ainsi aux différentes exigences destransducteur à disque rond piézoet élargir la plage d'applications.

La nature et la caractérisation de QM

La valeur QM du facteur de qualité mécanique caractérise l'énergie consommée par le corps piézoélectrique pour surmonter la friction interne pendant la résonance. Il est défini comme: qm = 2π. L'énergie mécanique stockée dans le vibrateur pendant la résonance résonne l'énergie de la perte mécanique du vibrateur par semaine. La valeur du facteur QM reflète la perte mécanique du matériau piézoélectrique. Plus la perte mécanique est petite, plus la valeur QM est grande. Lorsque le calcul de la valeur QM du matériau, la formule approximative suivante est utilisée pour le diagramme de circuit équivalent du vibrateur piézoélectrique:
Qm = 1/4π (c0 + c1) r1Δf,

Où C0 est la capacité statique dutige de quartz en cristal piézocéramique, R1 est la résistance équivalente de la résonance du vibrateur, C1 est la capacité dynamique du vibrateur, et ΔF est la différence entre la fréquence de résonance FR du vibrateur et la fréquence anti-sonsonante FA. Généralement, la méthode de la ligne de transmission est utilisée. ΔF, R1, etc. sont obtenus, puis le QM est calculé. À partir de la fonction d'énergie libre thermodynamique, la source physique de la valeur QM est discutée et la formule est dérivée: et la valeur Q-1M est vérifiée expérimentalement comme proportionnelle à la perte diélectrique. De plus, dans l'expérience sur la base de cela, la valeur QM est exprimée quantitativement en fonction de la quantité de charge d'espace et de la résistivité du volume, et la formule empirique est obtenue: QM = (800 lgρ - 7 500) {(ps - pi) / ps - 0. 2} + 250. Lorsque ρ est la résistivité en vrac du matériau, PS est la valeur de polarisation de saturation, et Pi est la valeur de polarisation déterminée sur la boucle d'hystérésis obtenue immédiatement après l'application du champ électrique alternatif , (Ps - pi) / ps est l'équivalent et la quantité de charge d'espace. Lorsque (ps - pi) / ps ≥0. 2, ρ ≥109Ω · cm, c'est dans le bon accord avec les résultats expérimentaux. Théoriquement et expérimentalement, l'essence et la caractérisation de QM ont été réalisées. Discussion approfondie. Cela nous aide à étudier davantage la taille du QM et sa stabilité de la température.

Mesure pour améliorer la valeur QM et la stabilité de la température

Ajuster le rapport des matériaux

Depuis les années 1960, basé sur le matériau en céramique piézoélectrique PZT, les matériaux en céramique piézoélectrique ternaire et quaternaire ont été développés et étudiés. On constate que les matériaux multi-composants peuvent non seulement obtenir une pression supérieure. Les propriétés électriques et la stabilité de la température sont meilleures. PZT-based ceramic materials at the quasi-homophase boundary, due to the transition zone of ferroelectric tetragonal phase to ferroelectric tripartite phase transition, lattice structure relaxation, spontaneous polarization is easy to turn piezoelectric activity at the same time, the mechanical loss increases, the La valeur QM est petite et la stabilité n'est pas bonne. Par conséquent, différents rapports de matériaux peuvent être sélectionnés en fonction des exigences de divers dispositifs piézoélectriques. Par exemple, les matériaux nécessitant des QM élevés sont sélectionnés pour partir. Pour la formulation du matériau à la limite, si la stabilité de la température QM est nécessaire, il est nécessaire de sélectionner la formule du matériau dans la région de phase près de la limite de phase quasi-homogène.

Modification de dopage
En plus de modifier le rapport des systèmes binaires, ternaires et quaternaires, la valeur QM dePZT MATÉRIAUX PIEZO DISC CERAMIQUEPeut être amélioré dans une certaine mesure, et le dopage dans le composant principal du matériau peut encore améliorer les propriétés du matériau, y compris la magnitude et la stabilité de la température de la valeur QM. Dans l'étude des propriétés piézoélectriques des matériaux PZT durs par dopage du manganèse, il a été constaté que le MN peut ajuster la valeur QM en raison du changement de valence en Mn. De plus, dans le système quaternaire PB (MG1 / 3NB2 / 3) (MN1 / 3NB2 / 3), le matériau piézoélectrique Tizro3 est dopé avec une certaine quantité de CEO2, et l'écart relatif maximal peut être obtenu dans la plage de -20 -55 ° C (par rapport à la valeur QM à 25 ° C) | δ (qm) m | diminue de 42% à 33%; Le décalage relatif maximal d'une certaine formulation est presque inchangé lorsque SR est dopé. Le dopage dans les matériaux Pb (Mn1 / 3SB2 / 3) SN améliore la stabilité à basse température de QM. Il existe deux arguments pour le dopage qui expliquent la stabilité de la température de QM. On dit que la détérioration des propriétés électriques des matériaux piézoélectriques est souvent due aux microfissures à l'intérieur du matériau. Causé par la croissance. Après le dopage pour entrer dans le réseau cristallin, une contrainte de compression interne est générée, ce qui inhibe la croissance des microfissures dans une certaine mesure. Afin d'éviter l'augmentation de la résistance à la résonance du matériau et d'assurer la stabilité de la température de QM. Une autre façon de dire que la structure du matériau de changement de dopage comprend la taille des grains, la condition aux limites des grains, la constante de réseau, la densité, etc., entraînant des propriétés physiques macroscopiques. améliorant ainsi la variation de température de la valeur QM. Ajoutant généralement des additifs durs tels que l'UE, YB, AL2O3, MGO, etc. pour augmenter la valeur QM; Bien que l'ajout d'additifs doux tels que NB2O5, LA2O3, TA2O5, etc., abaissez la valeur QM, et la stabilité de la température de la valeur QM est meilleure que le dopage dur.

Optimisation du processus
Le processus de préparation des matériaux en céramique piézo, en particulier la préparation, la calcination, le frittage et la polarisation artificielle des poudres, affecte directement la densité, la taille des grains et les propriétés piézoélectriques des échantillons. À l'heure actuelle, la stabilité de la température du QM est améliorée du processus de préparation. Il y a certaines difficultés, mais la taille du QM est ajustée du processus de préparation. De nombreux chercheurs ont été impliqués. Par exemple, la céramique Tizro3 dopée à l'ion CR3 + ion (Mn1 / 3NB2 / 3) est très sensible à la température de frittage, lorsque la température de frittage est augmentée, les propriétés piézoélectriques sont durcies. Par conséquent, la valeur QM peut être contrôlée de manière flexible en modifiant la température de frittage. Kawasaki compare le dopage avec la préparation de poudre conventionnelle par dopage d'injection thermique. Il est discuté que certains ions d'impuretés tels que Fe3 + augmenteront la valeur QM par la méthode d'injection thermique, tandis que certains ions tels que CR3 + réduisent la valeur QM. Le processus est optimisé pour préparer le matériau en céramique avec d'excellentes performances, qui consiste à ajuster la valeur QM.

Théoriquement, le rapport des matériaux et la modification du dopage sont étudiés. En pratique, l'amélioration du processus consiste à ajuster la valeur QM du matériau en céramique piézoélectrique et à améliorer la stabilité de la température, de sorte que le matériau en céramique piézoélectrique peut être plus largement obtenu. Une méthode d'application efficace.