jaké jsou vlastnosti piezoelektrického keramického materiálu

jaké jsou vlastnosti piezoelektrického keramického materiálu

    Posouzení, zda jsou piezoelektrické keramické materiály vhodné pro zařízení s povrchovými akustickými vlnami, lze zvážit z následujících hledisek:

    (1) Dielektrická konstanta by měla být střední. Obecně se požaduje, aby dielektrická konstanta byla 10 až 1000. Příliš velká dielektrická konstanta způsobí přímou vazbu mezi interdigitálními elektrodami. Pokud je příliš malý, impedance je příliš velká a spojení s obvodem a zařízením není snadné sladit. V piezoelektrické keramice monolitického systému, kromě dielektrické konstanty BaTiO3 1 700, jsou PbTiO3 i PbNb2O6 malé, asi 200, což lze použít jako piezoelektrický materiál pro zařízení s vysokofrekvenčními povrchovými akustickými vlnami. Jiné binární a víceprvkové piezoelektrické keramické materiály mají dielektrickou konstantu 200 až 1000, což je v souladu s mírnou dielektrickou konstantou.

20k ultrazvukový vibrátor

Ocas vibrátoru 15K

    (2) Je možné mít dobrý povrch vhodný pro výrobu interdigitálních elektrod zpracováním. Obecně je monokrystalový materiál velmi hustý a povrch je ideální po následném zpracování, jako je řezání a leštění. Piezoelektrická keramika je obecně vyrobena z práškových materiálů různého složení. Po sérii úprav se slinuje při vysoké teplotě, takže jeho zrnitost a velikost pórů jsou hlavními ukazateli piezoelektrických keramických materiálů pro zařízení s povrchovou akustickou vlnou. Určuje nejen hladkost materiálu, ale také určuje horní pracovní frekvenci zařízení. Jak bylo uvedeno výše, provozní frekvence zařízení s povrchovými akustickými vlnami závisí na šířce meziprstové tyče interdigitálního měniče, což vyžaduje, aby rozměr povrchového vzduchového otvoru byl alespoň menší než šířka mezi prsty interdigitálního měniče. Například pásmový filtr povrchové akustické vlny se střední frekvencí 60 MHz je vyroben na povrchu piezoelektrického keramického materiálu, který má povrchovou rychlost akustické vlny 2400 m/s. Jeho povrchová akustická vlnová délka A je jedna sekunda / továrna, takže A = 40 μm. Šířka propojeného pásu je λ/4, což je 10 μm. Aby se snížil odraz zvukových vln, je použit převodník s děleným prstem, to znamená, že každý prst má λ/8 a každý prstový pruh je široký pouze 51 um. Aby se zabránilo vlivu pórů a zrn materiálu na prsty kovové vidlice, je požadována velikost pórů a zrnitost alespoň menší než 3 μm. Proto, aby se získal dobrý povrch vhodný pro výrobu interdigitálních elektrod, musí být krystalová zrna a póry piezoelektrického keramického materiálu co nejmenší.

20K vibrátor

Ultrazvukový měnič

    (3) Útlum povrchového přenosu akustických vln je malý. Útlum prostupu povrchových akustických vln souvisí s fyzikálními vlastnostmi a stavem povrchu samotného piezoelektrického keramického materiálu. Pokud jsou póry a zrna příliš velké, dojde ke ztrátě rozptylem a ztráta třením během vibrací mezi zrny také způsobí útlum. Proto je kromě zpracování určován i výběrem materiálů.

    (4) Je nutné mít co nejvyšší elektromechanický vazebný koeficient, aby se zlepšila elektromechanická přenosová účinnost. Koeficient elektromechanické vazby odráží účinnost vzájemné přeměny mezi mechanickou energií piezoelektrického materiálu a elektrickou entalpií a je velmi důležitým ukazatelem. Nejen, že úzce souvisí s elastickými vlastnostmi, dielektrickými vlastnostmi a piezoelektrickými vlastnostmi materiálů, ale také úzce souvisí s různými vibračními režimy. Aby se zlepšila účinnost konverze, čím větší je koeficient elektromechanické vazby, tím lépe, což může také snížit energetické ztráty během zpracování signálu. Obecně mají piezoelektrické keramické materiály relativně velké elektromechanické vazební koeficienty, takže je to pro piezoelektrickou keramiku snadné.

15K vibrátor

    (5) Teplotní charakteristiky jsou lepší. Aby byla zajištěna stabilita zařízení, teplotní charakteristiky materiálu jsou dobré a rychlost stárnutí je malá. Zejména teplotní koeficient zpoždění povrchové akustické vlny by měl být co nejmenší. Je to proto, že jakmile je určen interdigitální prst, je také nastavena jeho pracovní frekvence a hlavním konstrukčním základem pro pracovní frekvenci a interdigitální šířku je doba zpoždění povrchové akustické vlny (tj. rychlost zvuku). Proto se změnou časového zpoždění se mění pracovní frekvence, což způsobí, že zařízení nebude správně fungovat. Obecně se požaduje, aby TCD byla nižší než 25 x 10*-6/°C.

    (6) Není snadné stárnout. Obecný požadavek je 0,5 %/rok nebo méně a přísný požadavek je 0,1 %/rok nebo méně.

    (7) Konzistence a opakovatelnost jsou lepší. Když je zařízení sériově vyráběno, rozdíl ve výkonu mezi stejným materiálem nebo místní oblastí stejné šarže materiálu je malý, takže zařízení může normálně fungovat. To má malý vliv na piezoelektrický monokrystal, protože stejnoměrnost a opakovatelnost piezoelektrického monokrystalového materiálu je lepší a piezoelektrický keramický materiál má větší vliv. Hlavními faktory ovlivňujícími disperzibilitu materiálů jsou disperze suroviny, odchylka vážení vsázky, teplota slinování a řízení času. Když odchylka klíčových charakteristik, jako je rychlost zvuku, dosáhne 1 %, je pro sériovou výrobu dílů nepřijatelná, a proto se přísně požaduje, aby byla menší než 0,1 %. Takzvaná opakovatelnost obecně označuje stupeň charakteristické odchylky mezi různými šaržemi a konzistence obecně označuje stupeň charakteristických odchylek mezi stejnou šarží nebo stejnou šarží aglomerátu. Je těžké obojí oddělit. Pokud není konzistence dobrá, nebude dobrá opakovatelnost. Tento problém je výraznou slabinou piezoelektrické keramiky. Když se piezoelektrické keramické materiály používají jako akustické vibrátory nebo součásti měničů, je často zapotřebí frekvenční modulace nebo opatření pro třídění pro kompenzaci této slabosti. Při použití jako substrát pro zařízení s povrchovými akustickými vlnami, protože není nastavitelné, musí mít dobrou opakovatelnost a konzistenci, jinak nebude použitelný, i když jsou ostatní vlastnosti dobré.