Descripción de piezocerámico transductor material cerámico

Acerca de los materiales de los conductores de cerámica piezoeléctricos, la cerámica piezoeléctrica muestra los altos requisitos en las propiedades de los materiales cerámicos piezoeléctricos, como la cepa eléctrica de alto voltaje, el alto punto de curie, el coeficiente de acoplamiento electromecánico alto y la constante de alta frecuencia. La cerámica piezoeléctrica más utilizada es PZT (Titanato de circonncia de plomo) basado enTransductor de cerámica piezoeléctrico de material PZTDebido a su notable efecto piezoeléctrico, es alta temperatura de curie, resistencia a la radiación fuerte y una fácil integración con la tecnología de integración de semiconductores. Pero es perjudicial para el cuerpo humano y el medio ambiente. Por lo tanto, las personas comenzaron a buscar materiales cerámicos piezoeléctricos sin plomo con un excelente rendimiento.

Los materiales cerámicos piezoeléctricos sin plomo en el hogar y en el extranjero incluyen principalmente los siguientes sistemas: cerámica piezoeléctrica sin plomo basada en titanato de bario; cerámica piezoeléctrica sin plomo basada en el bario de titanato; Cerámica piezoeléctrica a base de tormenta y cerámica en capas Tantalum Cerámica piezoeléctrica sin plomo.

Cerámica piezoeléctrica sin plomo de titanato de bario

La investigación y aplicación del titanato de bario (Batio3) basado en libre de plomo.Transductores de cerámica piezohan sido bastante maduros. Sin embargo, la temperatura de Curie de la cerámica Batio3 es baja (TC = 120), el rango de temperatura de funcionamiento es estrecho, y el rendimiento de las cerámicas piezoeléctricas son moderadas. Es difícil mejorar enormemente las propiedades piezoeléctricas mediante la modificación de dopaje, y hay una transición de fase cercana a la temperatura. Por lo tanto, su aplicación de cerámica piezoeléctrica es limitada. Titanato de cerámica piezoeléctrico a base de titanato de titanato de estroncio de titanato y bi0.5na0.5tio3 (BNT) es un representante típico de la serie Titanate. BNT tiene las características de las ferroeléctricas relajadas, que tiene una polarización remanente relativamente grande y un campo coercitivo extremadamente alto (7.5 kV / mm), y tiene un gran coeficiente piezoeléctrico (KT, KP alrededor del 50%), un excelente rendimiento de dieléctrico, como el coeficiente pequeño ( 240 ~ 340) y buen rendimiento acústico (su frecuencia constante NP = 3200Hz). Debido a su alto campo eléctrico coercitivo y su alta conductividad eléctrica en la región de fase ferroeléctrica, la polarización es difícil, lo que hace que sea difícil producir cerámicas piezoeléctricas prácticas. Para superar las deficiencias de la polarización cerámica PIEZO PIEZO y la dificultad de la sinterización en muestras densas, se agrega una variedad de pares de dopantes de estructura de perovskite. Se modifica. Al introducir elementos como PB, BA, CA, SR, MN, etc., la resistencia al campo coercitiva de BNT es demasiado alta, y se evita la dificultad de polarización causada por la alta conductividad de la fase ferroeléctrica BNT, y la polarización del material BNT se resuelve con éxito.

La cerámica piezoeléctrica sin plomo basada en bismuto:

La cerámica piezoeléctrica sin plomo basada en bismuto incluye principalmente a NANBO3, KNBO3, Linbo3 y similares. losTransductores de cerámica de hemisferio piezo.tiene las ventajas de la baja densidad, la alta velocidad acústica, el gran factor de calidad mecánico QM, el coeficiente de acoplamiento electromecánico grande KP, la constante dieléctrica baja, el alto rendimiento piezoeléctrico, la constante de gran frecuencia, etc., por lo que la cerámica piezoeléctrica a base de tantalato es un dispositivo de frecuencia y material preferido. Sin embargo, debido a la volatilidad del material metálico, es difícil obtener cerámica piezo que tiene una buena compacidad por un proceso cerámico convencional, lo que deteriora las propiedades de cerámica. La cerámica densa NANBO3-KNBO3 se puede obtener mediante el prensado en caliente o el proceso de prensado isostático, y la estabilidad de la temperatura del material se mejora enormemente, y la densidad relativa puede alcanzar el 99%.

En las aplicaciones prácticas, algunas características inherentes al transductor cerámico del cilindro piezocerámico (como la histéresis, la crianza, etc.) tienen un gran impacto en el control de desplazamiento de alta precisión. Para reducir la influencia de la histéresis de las cerámicas piezoeléctricas sobre la producción de desplazamiento, los académicos extranjeros han propuesto muchos métodos de compensación. En la actualidad, el método para eliminar la histéresis es generalmente control de bucle cerrado en el proceso de control. Este modo requiere un sensor de desplazamiento adicional para medir el desplazamiento y compararlo con el desplazamiento objetivo del controlador para formar un mecanismo de ajuste de control complejo.

Bajo la acción del campo eléctrico alterno, los transductores piezoeléctricos polarizados por ultrasonidos exhibirán la degradación fereléctrica macroscópica debido a la disminución de la actividad de la pared de dominio ferroeléctrico. Las micro-grietas, la delaminación o la fractura a menudo ocurren el material y la fatiga inducida por el campo. La razón intrínseca se debe principalmente a la diferencia en la interfaz con propiedades. El coeficiente de expansión térmica en la interfaz entre la cerámica piezoica y el electrodo es diferente o hay una reacción química, que afecta negativamente al rendimiento de la fatiga de la cerámica piezoeléctrica. La fuerza de unión de la interfaz se mejora considerablemente incorporando el polvo del electrodo en el material cerámico o incorporando el polvo cerámico y el electrodo original. El campo eléctrico y la temperatura son los principales factores externos que afectan el rendimiento de la fatiga. Se puede encontrar un estudio de dos factores que el campo es más fuerte que la fuerza de campo coercitiva o la frecuencia es alta, lo que causará la fatiga eléctrica. Además, en un cierto rango de temperatura, la resistencia a la fatiga aumenta con la temperatura creciente. Cuando la temperatura supera un cierto valor crítico, el material entra en la fase paramagnética y el fenómeno de fatiga desaparece.

Se espera que las pantallas de cerámica piezoeléctricas superen las deficiencias de las pantallas principales actuales que son susceptibles a la interferencia electromagnética, los puntos muertos, el grabado, etc., y tienen perspectivas de mercado amplias. La matriz del actuador de pantallas de cerámica piezoeléctricas se puede fabricar mediante un proceso de molde de silicio o un proceso de deposición electroforética, y una cerámica piezoeléctrica a base de plomo se puede reemplazar por una cerámica piezoeléctrica sin plomo de una estructura estructurada en tantalato y tantalum. A pesar de algunos avances en el desarrollo de pantallas de cerámica piezoeléctrica, todavía hay una serie de problemas de tecnología de procesos clave que deben abordarse:

(1) Aunque el rendimiento de algunas cerámicas piezoeléctricas sin plomo es excelente, todavía hay una gran brecha en comparación con las cerámicas piezoeléctricas a base de PZT, y las propiedades piezoeléctricas deben mejorarse aún más al medir la mejora y la mejora del proceso;

(2) Para hacer que la precisión de la histéresis y la compensación de crianza del transductor de presión piezoeléctrica cumplan mejor los requisitos del control de posicionamiento de precisión ultra alta, los científicos deben estudiar aún más la compensación de corrección o el control efectivo a través de experimentos para reducir el conductor cerámico piezoeléctrico. La influencia de arrastrar la precisión de posicionamiento;

(3) En la actualidad, la investigación de fatiga inducida por el campo se centra principalmente en el campo de campo y temperatura eléctrico, pero la investigación en el campo bajo el acoplamiento de campo múltiple, pero los dispositivos cerámicos piezoeléctricos reales funcionan en condiciones de acoplamiento de campo múltiple, por lo que Es necesario fortalecer el estudio del mecanismo de fatiga inducido por el campo en el acoplamiento de múltiples campos.