milyen jellemzői vannak a piezoelektromos kerámia anyagnak

milyen jellemzői vannak a piezoelektromos kerámia anyagnak

    Annak eldöntése, hogy a piezoelektromos kerámia anyagok alkalmasak-e felületi akusztikus hullámos eszközökre, a következő szempontok szerint mérlegelhetők:

    (1) A dielektromos állandónak mérsékeltnek kell lennie. Általában a dielektromos állandónak 10 és 1000 között kell lennie. A túl nagy dielektromos állandó közvetlen csatolást okoz az interdigitális elektródák között. Ha túl kicsi, akkor az impedancia túl nagy, és az áramkörrel és a készülékkel való kapcsolatot nem könnyű összehangolni. A monolitikus rendszer piezoelektromos kerámiájában a BaTiO3 1700-as dielektromos állandója kivételével mind a PbTiO3, mind a PbNb2O6 kicsi, körülbelül 200, ami nagyobb frekvenciájú felületi akusztikus hullám készülékek piezoelektromos anyagaként használható. Más bináris és többelemes piezoelektromos kerámia anyagok dielektromos állandója 200 és 1000 között van, ami összhangban van a mérsékelt dielektromos állandóval.

20k ultrahangos vibrátor

15K vibrátor farok

    (2) Az interdigitális elektródák feldolgozására alkalmas jó felület kialakítása lehetséges. Általában az egykristályos anyag nagyon sűrű, és a felület ideális a későbbi feldolgozás, például vágás és polírozás után. A piezoelektromos kerámiák általában különböző összetételű porított anyagokból állnak. Sorozatos kezelések után magas hőmérsékleten szinterelik, így szemcsemérete és pórusmérete a felületi akusztikus hullámos készülékek piezoelektromos kerámia anyagainak fő mutatója. Nemcsak az anyag simaságát határozza meg, hanem a készülék felső működési frekvenciáját is. Amint fentebb megjegyeztük, a felületi akusztikus hullám eszköz működési frekvenciája az interdigitális jelátalakító ujjak közötti rúdszélességétől függ, ami megköveteli, hogy a felületi levegő lyuk mérete legalább kisebb legyen, mint az interdigitális átalakító ujjak közötti szélessége. Például egy 60 MHz-es középfrekvenciájú felületi akusztikus hullám sáváteresztő szűrőt gyártanak egy piezoelektromos kerámia anyag felületére, amelynek felületi akusztikus hullámsebessége 2400 m/s. A felületi akusztikus hullámhossza egy másodperc / gyári, tehát A = 40 μm. Az interdigitált szalag szélessége λ/4, ami 10 μm. A hanghullámok visszaverődésének csökkentése érdekében osztott ujjú jelátalakítót alkalmaznak, azaz minden ujj λ/8, és mindegyik ujjcsík csak 51 um széles. Az anyag pórusainak és szemcséinek a fémvilla ujjaira gyakorolt ​​hatásának megelőzése érdekében a pórusméretnek és a szemcseméretnek legalább 3 μm-nek kell lennie. Ezért ahhoz, hogy az interdigitális elektródák gyártásához megfelelő felületet kapjunk, a piezoelektromos kerámiaanyag kristályszemcséinek és pórusainak a lehető legkisebbnek kell lenniük.

20K vibrátor

Ultrahangos jelátalakító

    (3) A felületi akusztikus hullámátvitel csillapítása kicsi. A felületi akusztikus hullámátvitel csillapítása magának a piezoelektromos kerámiaanyagnak a fizikai tulajdonságaitól és felületi állapotától függ. Ha a pórusok és szemcsék túl nagyok, akkor szóródási veszteség lép fel, és a szemcsék közötti vibráció során fellépő súrlódási veszteség is csillapítást okoz. Ezért a feldolgozás mellett az anyagok kiválasztása határozza meg.

    (4) Az elektromechanikus átalakítás hatékonyságának javításához a lehető legmagasabb elektromechanikus csatolási együtthatóra van szükség. Az elektromechanikus csatolási együttható a piezoelektromos anyag mechanikai energiája és az elektromos entalpia közötti kölcsönös átalakulás hatékonyságát tükrözi, és nagyon fontos mutató. Nemcsak az anyagok rugalmas tulajdonságaival, dielektromos tulajdonságaival és piezoelektromos tulajdonságaival, hanem a különböző rezgésmódokkal is szorosan összefügg. Az átalakítási hatásfok javítása érdekében minél nagyobb az elektromechanikus csatolási együttható, annál jobb, ami szintén csökkentheti a jelfeldolgozás során fellépő energiaveszteséget. Általában a piezoelektromos kerámia anyagok viszonylag nagy elektromechanikus csatolási együtthatóval rendelkeznek, így ez könnyű a piezoelektromos kerámiák esetében.

15K vibrátor

    (5) A hőmérsékleti jellemzők jobbak. Az eszköz stabilitásának biztosítása érdekében az anyag hőmérsékleti jellemzői jók, és az öregedés gyakorisága kicsi. A felületi akusztikus hullám késleltetésének hőmérsékleti együtthatója különösen a lehető legkisebb legyen. Ennek az az oka, hogy az interdigitális ujj meghatározása után annak működési frekvenciája is be van állítva, és a működési frekvencia és az interdigitális szélesség fő tervezési alapja a felületi akusztikus hullám késleltetési ideje (azaz a hangsebesség). Ezért az időkésleltetés változásával a működési frekvencia megváltozik, ami miatt a készülék nem fog megfelelően működni. A TCD-nek általában 25 x 10*-6/°C-nál kisebbnek kell lennie.

    (6) Nem könnyű megöregedni. Az általános követelmény 0,5%/év vagy kevesebb, a szigorú követelmény pedig 0,1%/év vagy kevesebb.

    (7) A következetesség és az ismételhetőség jobb. Ha az eszközt sorozatban gyártják, akkor a teljesítménykülönbség ugyanazon anyag vagy ugyanazon anyag tétel helyi területe között kicsi, így az eszköz normálisan működhet. Ennek csekély hatása van a piezoelektromos egykristályra, mivel a piezoelektromos egykristályos anyag egyenletessége és ismételhetősége jobb, a piezoelektromos kerámiaanyag pedig nagyobb befolyást gyakorol. Az anyagok diszpergálhatóságát befolyásoló fő tényezők a nyersanyag diszperziója, a tétel mérési eltérése, a szinterezési hőmérséklet és az időszabályozás. Ha a kulcsjellemzők, például a hangsebesség eltérése eléri az 1%-ot, az az alkatrészek tömeggyártásánál elfogadhatatlan, ezért szigorúan 0,1%-nál kisebbnek kell lennie. Az úgynevezett ismételhetőség általában a különböző sarzsok közötti jellemző eltérés mértékére vonatkozik, a konzisztencia pedig általában ugyanazon sarzs vagy ugyanazon szinterezési tétel jellemző eltérésének mértékére vonatkozik. Nehéz elkülöníteni a kettőt. Ha nem jó a konzisztencia, akkor nem lesz jó az ismételhetőség. Ez a probléma a piezoelektromos kerámiák egyik kiemelkedő gyengesége. Ha piezoelektromos kerámia anyagokat használnak akusztikus testvibrátorként vagy jelátalakító alkatrészként, gyakran frekvenciamodulációs vagy válogatási intézkedésekre van szükség ennek a gyengeségnek a kompenzálására. Felületi akusztikus hullám eszköz szubsztrátumaként használva, mivel nem állítható, jó megismételhetőségűnek és konzisztenciájúnak kell lennie, különben nem használható még akkor sem, ha egyéb jellemzői jók.