quelles sont les caractéristiques du matériau céramique piézoélectrique

quelles sont les caractéristiques du matériau céramique piézoélectrique

    Il est possible de déterminer si les matériaux céramiques piézoélectriques conviennent aux dispositifs à ondes acoustiques de surface sous les aspects suivants :

    (1) La constante diélectrique doit être modérée. Généralement, la constante diélectrique doit être comprise entre 10 et 1 000. Une constante diélectrique trop élevée provoquera un couplage direct entre les électrodes interdigitales. Si elle est trop petite, l'impédance est trop grande et la connexion avec le circuit et l'appareil n'est pas facile à faire correspondre. Dans les céramiques piézoélectriques du système monolithique, à l'exception de la constante diélectrique de BaTiO3 de 1 700, PbTiO3 et PbNb2O6 sont petits, environ 200, et peuvent être utilisés comme matériau piézoélectrique pour les dispositifs à ondes acoustiques de surface à plus haute fréquence. D'autres matériaux céramiques piézoélectriques binaires et multi-éléments ont une constante diélectrique de 200 à 1 000, ce qui est conforme à la constante diélectrique modérée.

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    (2) Il est possible d'obtenir une bonne surface adaptée à la fabrication des électrodes interdigitales par traitement. Généralement, le matériau monocristallin est très dense et la surface est idéale après un traitement ultérieur tel que la découpe et le polissage. Les céramiques piézoélectriques sont généralement constituées de matériaux en poudre de compositions différentes. Après une série de traitements, il est fritté à haute température, de sorte que sa taille de grain et la taille de ses pores sont les principaux indicateurs des matériaux céramiques piézoélectriques pour les dispositifs à ondes acoustiques de surface. Il détermine non seulement la douceur du matériau, mais détermine également la fréquence de fonctionnement supérieure de l'appareil. Comme indiqué ci-dessus, la fréquence de fonctionnement du dispositif à ondes acoustiques de surface dépend de la largeur de la barre entre les doigts du transducteur interdigital, ce qui nécessite que la dimension du trou d'air de surface soit au moins inférieure à la largeur entre les doigts du transducteur interdigital. Par exemple, un filtre passe-bande d'onde acoustique de surface ayant une fréquence centrale de 60 MHz est fabriqué sur la surface d'un matériau céramique piézoélectrique ayant une vitesse d'onde acoustique de surface de 2 400 m/s. Sa longueur d'onde d'onde acoustique de surface A est d'une seconde/usine, donc A = 40 μm. La largeur de la bande interdigitée est de λ/4, soit 10 µm. Afin de réduire la réflexion des ondes sonores, un transducteur à doigts divisés est adopté, c'est-à-dire que chaque doigt mesure λ/8 et que chaque bande de doigt n'a qu'une largeur de 51 µm. Afin d'éviter l'influence des pores et des grains du matériau sur les doigts de fourche métalliques, la taille des pores et la taille des grains doivent être au moins inférieures à 3 µm. Par conséquent, afin d'obtenir une bonne surface adaptée à la fabrication des électrodes interdigitales, les grains cristallins et les pores du matériau céramique piézoélectrique doivent être aussi petits que possible.

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Transducteur ultrasonique

    (3) L’atténuation de transmission des ondes acoustiques de surface est faible. L'atténuation de la transmission des ondes acoustiques de surface est liée aux propriétés physiques et à l'état de surface du matériau céramique piézoélectrique lui-même. Si les pores et les grains sont trop grands, une perte par diffusion se produira et la perte par frottement lors de la vibration entre les grains entraînera également une atténuation. Par conséquent, en plus du traitement, celui-ci est déterminé par la sélection des matériaux.

    (4) Il est nécessaire d'avoir le coefficient de couplage électromécanique le plus élevé possible pour améliorer l'efficacité de la transduction électromécanique. Le coefficient de couplage électromécanique reflète l'efficacité de la conversion mutuelle entre l'énergie mécanique du matériau piézoélectrique et l'enthalpie électrique, et c'est un indicateur très important. Elle est non seulement étroitement liée aux propriétés élastiques, aux propriétés diélectriques et aux propriétés piézoélectriques des matériaux, mais également aux différents modes de vibration. Afin d'améliorer l'efficacité de la conversion, plus le coefficient de couplage électromécanique est élevé, mieux c'est, ce qui peut également réduire la perte d'énergie lors du traitement du signal. Généralement, les matériaux céramiques piézoélectriques ont des coefficients de couplage électromécanique relativement élevés, ce qui est donc facile pour les céramiques piézoélectriques.

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    (5) Les caractéristiques de température sont meilleures. Afin d'assurer la stabilité de l'appareil, les caractéristiques de température du matériau sont bonnes et le taux de vieillissement en fréquence est faible. En particulier, le coefficient de température du retard des ondes acoustiques de surface doit être aussi faible que possible. En effet, une fois le doigt interdigital déterminé, sa fréquence de fonctionnement est également définie, et la principale base de conception pour la fréquence de fonctionnement et la largeur interdigitale est le temps de retard des ondes acoustiques de surface (c'est-à-dire la vitesse du son). Par conséquent, à mesure que le délai change, la fréquence de fonctionnement change, ce qui entraînera un dysfonctionnement de l'appareil. Le TCD doit généralement être inférieur à 25 x 10*-6/°C.

    (6) Il n’est pas facile de vieillir. L'exigence générale est de 0,5 %/an ou moins, et l'exigence stricte est de 0,1 %/an ou moins.

    (7) La cohérence et la répétabilité sont meilleures. Lorsque l'appareil est produit en série, la différence de performances entre le même matériau ou la zone locale du même lot de matériau est faible, de sorte que l'appareil peut fonctionner normalement. Cela a peu d'effet sur le monocristal piézoélectrique car l'uniformité et la répétabilité du matériau monocristallin piézoélectrique sont meilleures et le matériau céramique piézoélectrique a une plus grande influence. Les principaux facteurs affectant la dispersibilité des matériaux sont la dispersion des matières premières, l'écart de pesée des lots, la température de frittage et le contrôle du temps. Lorsque l'écart de caractéristiques clés telles que la vitesse du son atteint 1 %, il est inacceptable pour la production en série des pièces et doit donc strictement être inférieur à 0,1 %. La soi-disant répétabilité fait généralement référence au degré d'écart caractéristique entre différents lots, et la cohérence fait généralement référence au degré d'écart caractéristique entre le même lot ou le même lot de frittage. Il est difficile de séparer les deux. Si la cohérence n’est pas bonne, il n’y aura pas de bonne répétabilité. Ce problème constitue une faiblesse majeure des céramiques piézoélectriques. Lorsque des matériaux céramiques piézoélectriques sont utilisés comme vibrateurs acoustiques corporels ou composants de transducteurs, des mesures de modulation de fréquence ou de tri sont souvent nécessaires pour compenser cette faiblesse. Lorsqu'il est utilisé comme substrat pour un dispositif à ondes acoustiques de surface, puisqu'il n'est pas réglable, il doit avoir une bonne répétabilité et cohérence, sinon il ne sera pas applicable même si d'autres caractéristiques sont bonnes.