hvad er egenskaberne ved piezoelektrisk keramisk materiale

hvad er egenskaberne ved piezoelektrisk keramisk materiale

    At bedømme, om piezoelektriske keramiske materialer er egnede til overfladeakustiske bølgeanordninger, kan overvejes i følgende aspekter:

    (1) Dielektrisk konstant skal være moderat. Generelt kræves det, at den dielektriske konstant er 10 til 1000. For stor en dielektrisk konstant vil forårsage direkte kobling mellem de interdigitale elektroder. Hvis den er for lille, er impedansen for stor, og forbindelsen med kredsløbet og enheden er ikke let at matche. I den piezoelektriske keramik i det monolitiske system, bortset fra den dielektriske konstant for BaTiO3 på 1.700, er både PbTiO3 og PbNb2O6 små, omkring 200, som kan bruges som et piezoelektrisk materiale til akustiske overfladebølgeanordninger med højere frekvens. Andre binære og multi-element piezoelektriske keramiske materialer har en dielektrisk konstant på 200 til 1000, hvilket er på linje med den moderate dielektriske konstant.

20k ultralydsvibrator

15K vibrator hale

    (2) Det er muligt at have en god overflade, der er egnet til fremstilling af de interdigitale elektroder ved forarbejdning. Generelt er enkeltkrystalmaterialet meget tæt, og overfladen er ideel efter efterfølgende bearbejdning såsom skæring og polering. Piezoelektrisk keramik er generelt lavet af pulveriserede materialer af forskellige sammensætninger. Efter en række behandlinger sintres det ved høj temperatur, så dets kornstørrelse og porestørrelse er hovedindikatorerne for piezoelektriske keramiske materialer til overfladeakustiske bølgeanordninger. Det bestemmer ikke kun glatheden af ​​materialet, men bestemmer også enhedens øvre driftsfrekvens. Som bemærket ovenfor afhænger driftsfrekvensen af ​​den akustiske overfladebølgeindretning af den interdigitale transducers interfingerstangbredde, hvilket kræver, at overfladelufthuldimensionen er mindst mindre end interfingerbredden af ​​den interdigitale transducer. For eksempel er et akustisk overfladebølgebåndpasfilter med en centerfrekvens på 60 MHz fremstillet på overfladen af ​​et piezoelektrisk keramisk materiale med en akustisk overfladebølgehastighed på 2400 m/s. Dens overflade akustiske bølgelængde A er et sekund / fabrik, så A = 40 μm. Den interdigiterede strimmelbredde er λ/4, hvilket er 10 μm. For at reducere refleksionen af ​​lydbølger anvendes en transducer med splitfinger, det vil sige, at hver finger er λ/8, og hver fingerstrimmel er kun 51 um bred. For at forhindre påvirkning af materialeporer og korn på metalgaffelfingrene kræves det, at porestørrelsen og kornstørrelsen er mindst 3 μm. For at opnå en god overflade, der er egnet til fremstilling af de interdigitale elektroder, kræves det, at krystalkornene og porerne i det piezoelektriske keramiske materiale er så små som muligt.

20K vibrator

Ultralydstransducer

    (3) Den akustiske overfladebølgetransmissionsdæmpning er lille. Dæmpningen af ​​overfladens akustiske bølgetransmission er relateret til de fysiske egenskaber og overfladetilstanden af ​​selve det piezoelektriske keramiske materiale. Hvis porerne og kornene er for store, vil der opstå spredningstab, og friktionstabet ved vibration mellem kornene vil også medføre dæmpning. Derfor bestemmes det udover forarbejdningen ved at vælge materialer.

    (4) Det er nødvendigt at have den højest mulige elektromekaniske koblingskoefficient for at forbedre den elektromekaniske transducerende effektivitet. Den elektromekaniske koblingskoefficient afspejler effektiviteten af ​​den gensidige omdannelse mellem den mekaniske energi af det piezoelektriske materiale og den elektriske entalpi, og det er en meget vigtig indikator. Det er ikke kun tæt forbundet med materialers elastiske egenskaber, dielektriske egenskaber og piezoelektriske egenskaber, men også tæt forbundet med forskellige vibrationstilstande. For at forbedre konverteringseffektiviteten, jo større den elektromekaniske koblingskoefficient er, jo bedre, hvilket også kan reducere energitabet under signalbehandling. Generelt har piezoelektriske keramiske materialer relativt store elektromekaniske koblingskoefficienter, så dette er nemt for piezoelektrisk keramik.

15K vibrator

    (5) Temperaturegenskaberne er bedre. For at sikre enhedens stabilitet er materialets temperaturegenskaber gode, og ældningsfrekvensen er lille. Især skal temperaturkoefficienten for den akustiske overfladebølgeforsinkelse være så lille som muligt. Dette skyldes, at når den interdigitale finger er bestemt, er dens driftsfrekvens også indstillet, og hoveddesigngrundlaget for driftsfrekvensen og den interdigitale bredde er overfladens akustiske bølgeforsinkelse (dvs. lydens hastighed). Derfor, når tidsforsinkelsen ændres, ændres driftsfrekvensen, hvilket vil medføre, at enheden ikke fungerer korrekt. TCD kræves generelt til at være mindre end 25 x 10*-6/°C.

    (6) Det er ikke let at ældes. Det generelle krav er 0,5 %/år eller derunder, og det strenge krav er 0,1 %/år eller derunder.

    (7) Konsistens og repeterbarhed er bedre. Når enheden er masseproduceret, er ydeevneforskellen mellem det samme materiale eller det lokale område af samme parti materiale lille, så enheden kan fungere normalt. Dette har ringe effekt på det piezoelektriske enkeltkrystal, fordi ensartetheden og repeterbarheden af ​​det piezoelektriske enkeltkrystalmateriale er bedre, og det piezoelektriske keramiske materiale har en større indflydelse. De vigtigste faktorer, der påvirker materialers dispergerbarhed, er spredning af råmaterialer, batchvejningsafvigelse, sintringstemperatur og tidskontrol. Når afvigelsen af ​​nøglekarakteristika såsom lydens hastighed når 1%, er det uacceptabelt for masseproduktion af delene, og derfor er det strengt nødvendigt at være mindre end 0,1%. Den såkaldte repeterbarhed refererer generelt til graden af ​​karakteristisk afvigelse mellem forskellige batcher, og konsistensen refererer generelt til graden af ​​karakteristisk afvigelse mellem den samme batch eller den samme batch af sinter. Det er svært at adskille de to. Hvis konsistensen ikke er god, vil der ikke være nogen god repeterbarhed. Dette problem er en fremtrædende svaghed for piezoelektrisk keramik. Når piezoelektriske keramiske materialer bruges som akustiske kropsvibratorer eller transducerkomponenter, kræves der ofte frekvensmodulation eller sorteringsforanstaltninger for at kompensere for denne svaghed. Når det bruges som et substrat for en overflade-akustisk bølgeanordning, da den ikke er justerbar, skal den have god repeterbarhed og konsistens, ellers vil den ikke være anvendelig, selvom andre egenskaber er gode.