Estudio sobre el proceso de polarización de PZT piezoeléctricos Cerámica

Transductor de cristal piezoeléctricoSe utilizan ampliamente en los campos de la electrónica, la luz, el calor y la acústica, y se han convertido en materiales funcionales importantes en la industria de la defensa, la industria civil y la vida cotidiana. Son una importante dirección de investigación de materiales funcionales actuales. En la actualidad, la cerámica piezoeléctrica más utilizada sigue siendo plomo titanato de zirconados (PZT) y sus cerámicas ternarias o cuaternarias. El proceso de polarización es un proceso clave en la fabricación de dispositivos cerámicos piezoeléctricos. El proceso de polarización es el proceso del movimiento y desarrollo de estructuras de dominio en cerámica piezoeléctrica. Las cerámicas piezoeléctricas son cuerpos isotrópicos antes de la polarización artificial, y no exhiben efecto piezoeléctrico externamente; Después de la polarización, se convierten en cuerpos anisotrópicos debido a la polarización remanente, teniendo así un efecto piezoeléctrico. Las propiedades dieléctricas y elásticas de la cerámica piezoeléctrica polarizada están relacionadas con el grado de polarización. Para que las cerámicas piezoeléctricas tengan un alto grado de polarización y dan un juego completo a sus posibles propiedades piezoeléctricas, es necesario adoptar las condiciones óptimas de polarización, es decir, para seleccionar la intensidad de campo eléctrica de polarización adecuada (E) y la temperatura de polarización. (T). Y tiempo de polarización (t). Las tres condiciones del proceso de polarización están interrelacionadas. Si el campo eléctrico de polarización es débil, se puede compensar al aumentar la temperatura y prolongar el tiempo de polarización; Si el campo eléctrico es fuerte y la temperatura es alta, el tiempo de polarización puede acortarse. Sin embargo, las tres condiciones de polarización están estrechamente relacionadas con la composición de la cerámica piezoeléctrica. Para los materiales de cerámica PZT piezoeléctricos, se reduce el campo eléctrico coercitivo. El método tradicional es ajustar el circonio a la proporción de titanio. Cuanto mayor sea la proporción de zirconio a titanio, menor será el campo eléctrico coercitivo, de modo que el campo eléctrico de polarización sea más pequeño. Está aumentando el índice de zirconio a titanio no mejora significativamente las condiciones del proceso de polarización.

En la producción y la investigación científica, ciertos óxidos y compuestos se utilizan a menudo como aditivos traza para mejorar el rendimiento de los materiales cerámicos piezoeléctricos. Estos aditivos traza sustituyen a las posiciones de algunos iones de titanio y de los iones de circonio en PZT, que hace que el dominio en los granos mover fácilmente, lo que conduce a una reducción significativa del campo eléctrico coercitivo y también reduce las tres condiciones de polarización. Fácil de polarizar. Después de un largo período de experimentos repetidos, se determina que el filtro cerámico piezoeléctrico 6. 5 MHz está hecho de PZT modificado y su composición es Pb0. 90 sr0. 05Mg0. 03Ba0. 02 (Zr0. 53 Ti0. 47) O3 + CeO2 + Después de la materia prima cerámica piezoeléctrico está pre-despedido, formado, despedido y pulido, un disco de cerámica piezo ronda de 24 mm x 0,35 mm se forma, y ​​después de estar de plata en tanto lados de la pieza de cerámica piezo ronda, se coloca en un horno a 100 ° C. Hornear durante más de 10 min, y quitar las baldosas de la capa de plata. Entonces, la placa piezoeléctrica de plata se coloca en un horno de caja, y se eleva la temperatura a 100 ° C a una temperatura constante de 15 ° C / 6 min, y la temperatura se eleva a 0,5 ° C. La temperatura se eleva a una temperatura constante de 15 ° C / 6 min. A 400 ° C, la temperatura se elevó a 700 ° C a una temperatura constante de 20 ° C / 6 min. Después de una temperatura constante de 20 min, la temperatura se redujo lentamente hasta por debajo de 100 ° C. Las piezas de porcelana chapados en plata se colocaron a temperatura ambiente durante 12 h, se colocaron en un baño de aceite de silicona, y se sometieron a tratamiento de polarización bajo las diferentes condiciones de polarización. Las propiedades piezoeléctricas detubo piezoeléctrico tangencialse midieron después de reposar durante 24 h.

Efecto de campo eléctrico polarizado en piezoeléctrico Propiedades

En el proceso de polarización, el campo eléctrico de polarización es la fuerza de conducción externa para dirigir el dominio. En el caso de no exceder la resistencia al campo de saturación del material, la E más grande, mayor será el efecto de la orientación de la alineación del dominio, y el grado de polarización más completo, mejor será el rendimiento piezoeléctrico. Los electrones que son difíciles de desviarse o reorientar a baja presión son más susceptibles a la deflexión o la reorientación a alta presión, lo que está haciendo que la polarización sea más completa. Para un dominio de inversión de 180 °, la inversión del dominio no dirige el dominio inverso a través del movimiento lateral de su pared de dominio, sino que aumenta mucha polarización cerca del electrodo a lo largo del borde de la muestra dentro del dominio de inversión. Un dominio nuevo y afilado con una dirección consistente con la dirección del campo eléctrico. Después de la nucleación del nuevo dominio, avanza bajo la acción de un campo eléctrico y penetra en toda la muestra. Cuando se mejora el campo eléctrico, los nuevos dominios aparecen continuamente, y el desarrollo delantero se propaga a todo el dominio inverso. Finalmente, el dominio inverso se vuelve lo mismo que la dirección del campo eléctrico externo, y se combina con dominios isotrópicos adyacentes para formar un volumen mayor. Para un dominio de 90 °, la pared de dominio puede moverse lateralmente, y el campo eléctrico crítico requerido para el movimiento lateral del dominio de 90 ° es menor que el campo eléctrico crítico requerido para el núcleo de dominio nuevo en forma de afilado, pero la dirección del dominio de 90 ° y se requiere la dirección del campo eléctrico externo. El constante requiere un campo eléctrico más grande, y el desarrollo de su nuevo dominio se basa principalmente en el campo eléctrico externo para empujar el movimiento lateral de la pared de dominio de 90 °. Bajo la condición de T = 15 min y t = 130 ° C, la polarización de la pieza cerámica piezoeléctrica se cambió con E, y la constante piezoeléctrica D33 cambió con E. Se puede ver que cuando E <1. 5 kV / mm , D33 aumenta lentamente con el aumento de E; Cuando E> 1. 5 kV / mm, D33 aumenta rápidamente con el aumento de E, pero cuando E> 2. 5 kV / mm, D33 de repente cae rápidamente. Esto se debe a que cuando E <1. 5 kV / mm, la polarización solo puede hacer que el material se convierta fácilmente a la orientación de dominio de 180 ° en la dirección del campo eléctrico externo, por lo que el valor D33 es menor y el aumento es más lento; Cuando E> 1. 5 kV, el campo eléctrico externo es mayor que el campo eléctrico coercitivo del material, de modo que el dominio de 90 ° es difícil de convertir el material. ¿Cuál tiende a la dirección del campo eléctrico externo, por lo que el D33 aumenta rápidamente; Continúe aumentando la intensidad del campo eléctrico externo, cuando E> 2. 0 kV / a mm, el dominio piezoeléctrico gire en el material está casi completo, por lo que el aumento de D33 tiende a ser lento. Pero cuando E alcanza un cierto valor (E> 2. 5 kV / mm), los electrones libres en la cerámica piezoen, obtienen más energía en el campo eléctrico que la energía perdida. De acuerdo con la teoría de la colisión de ionización, los electrones libres pueden ser después de cada colisión. La energía de acumulación hace que la temperatura de la lámina de cerámica aumente continuamente, el rendimiento piezoeléctrico se degrada continuamente, y finalmente se produce la desglose térmica. Además, cuando el campo eléctrico aplicado es lo suficientemente alto, debido al efecto de túnel de la mecánica cuántica, los electrones de la banda prohibida pueden ingresar a la banda de conducción, y en la acción del campo fuerte, los electrones libres se aceleran, lo que hace que los electrones colisionen. y ionize. En este momento, debido al aumento de la corriente, la temperatura local del cristal piezoe aumenta, lo que hace que el cristal piezo sea parcialmente derritido y destruya su estructura, de modo que las propiedades de la cerámica piezoen se degradan, y finalmente se produce la desglose.

Efecto de la temperatura de polarización en propiedades piezoeléctricas.

Bajo la condición de E = 2. 0 kV / mm y t = 15 min, T se cambia a polarizar la cerámica piezoeléctrica. La variación de D33 y D33 comienza a aumentar más rápido. Después de que la temperatura alcanzó los 130 ° C, el valor de D33 se mantuvo básicamente sin cambios. Esto se debe a que a temperaturas más bajas, a medida que aumenta la temperatura, la relación de eje de cristal piezo se reduce, aumenta la actividad del dominio, y la tensión interna causada por la dirección de 90 ° de los dominios se vuelve más pequeña, es decir, la dirección del dominio se ve afectada. La resistencia es pequeña, y los dominios se orientan fácilmente, por lo que la polarización es más fácil de realizar. Cuando T alcanza las 130 ° C, la mayoría de los dominios piezoeléctricos se giran y la dirección está saturada, por lo que el valor de D33 no cambia.

Las condiciones de polarización tienen una gran influencia en el rendimiento de la cerámica piezoeléctrica, y el campo eléctrico de polarización es el factor principal en las condiciones de polarización. Teóricamente, cuando el campo eléctrico aplicado excede la fuerza de campo coercitiva, la mayoría de los dominios se deben girar y polarizarse reorganizados y completamente polarizados, pero debajo de un campo eléctrico de este tipo, incluso si se polariza durante mucho tiempo, no se puede obtener. Mejores propiedades piezoeléctricas. Para que las propiedades piezoeléctricas del material se ejerzan completamente, se debe agregar el campo eléctrico a la intensidad del campo de saturación, que es de 3 a 4 veces de resistencia al campo coercitiva. Por lo tanto, el campo eléctrico coercitivo es el límite inferior del campo eléctrico seleccionado durante la polarización, y la resistencia del campo de saturación, se puede considerar que el límite superior de la resistencia del campo se selecciona en el momento de la polarización, y si la intensidad del campo de saturación es excedido, se encuentra fácilmente la desglose. Después de una consideración integral, se determinan los parámetros de proceso de polarización óptimos del filtro de cerámica piezoeléctrico de 6. 5 MHz: la resistencia del campo eléctrico de polarización es de 2. 2 kV / mm, y la temperatura de polarización es de 130 ° C. Basado en esto, se determina el polo. El tiempo es 15 min. Los resultados experimentales muestran que cuando el tiempo de polarización supera los 15 minutos, el efecto en el rendimiento piezoeléctrico no es obvio. También se encontró en el experimento que el uso de pasta de plateado de pasta conductora de baja temperatura en lugar de la pasta de plata de alta temperatura de uso común en el proceso de sinterización de plata puede mejorar las propiedades piezoeléctricas y mecánicas de la lámina de cerámica en cierta medida, Pero la fuerza de la unión es menor y el costo es mayor. Alto e inadecuado para la producción industrial. En el experimento del proceso de cocción, se encontró que la lámina de cerámica piezoe tiene una temperatura de más de 1 250 ° C y un tiempo de retención de más de 2 h fue propenso a descomponerse durante la polarización, lo que resulta en un aumento en las grietas. Esto se debe a que cuanto mayor sea la temperatura de cocción y cuanto más largo sea el tiempo de retención, la cristalización más grave se produce, de modo que los granos más pequeños se conviertan en granos grandes, lo que generalmente conduce a un aumento de la porosidad cerámica y una disminución de la densidad cerámica. Reduce la resistencia mecánica y la constante dieléctrica, y al mismo tiempo reduce el factor de calidad mecánica de la cerámica piezo.

Cuando llegue la entrega, la entrega está autenticada. Si es exitoso, los recursos asignados en la fase de preparación se entregan al módulo de acceso al protocolo y se inicia una llamada al control. En este momento, el control de llamadas considera la llamada a ser una llamada de terminal normal. Cuando el módulo de acceso al protocolo informa al hogar que el terminal ha accedido al mensaje, el interruptor se puede considerar en un estado estable. Si el terminal que se enciende requiere otros soportes, como la entrega interna o la entrega posterior, se puede completar de acuerdo con la descripción de la función HO. Debe señalarse que los extremos de OT conmutados no tienen nada que ver con los extremos de OT de la llamada. El final T y el extremo O de la llamada pueden ser el extremo de O conmutado o el extremo T conmutado. Después de la investigación sobre la entrega GSM y UMTS, si hay soportes GSM y UMTS en el interruptor de software móvil, hay muchas similitudes entre el proceso de señalización y el control de medios, especialmente los mensajes de entrega de BSSAP y RANAP. En el proceso de diseño de la máquina estatal, se considera que implementa la fusión de los dos protocolos, y finalmente adopta el esquema de implementación de separación. El proceso de señalización de un solo protocolo en la entrega no es complicado, y la complejidad de la entrega proviene principalmente de la cooperación de protocolos en múltiples interfaces diferentes. La fusión de los mensajes relacionados con la entrega en los dos protocolos de la parte de la aplicación del subsistema de la estación base (BSSAP) y la parte de la aplicación de la red de acceso de radio (RANAP) no se pueden simplificar enormemente para el diseño de la máquina estatal de entrega, y también será para BSSAP. El diseño adaptado al protocolo RANAP agrega complejidad. Además, la fusión resultará en redundancia de mensajes y parámetros o pérdida de funcionalidad.