압전 세라믹 재료의 특성은 무엇입니까

압전 세라믹 재료의 특성은 무엇입니까

    압전 세라믹 재료가 탄성 표면파 장치에 적합한지 여부를 판단하는 것은 다음과 같은 측면에서 고려될 수 있습니다.

    (1) 유전율은 적당해야 합니다. 일반적으로 유전율은 10~1000이 필요합니다. 유전율이 너무 크면 인터디지털 전극 사이에 직접 결합이 발생합니다. 너무 작으면 임피던스가 너무 커서 회로와 장치와의 연결이 일치하기 쉽지 않습니다. 모놀리식 시스템의 압전 세라믹에서는 BaTiO3의 유전율이 1,700인 것을 제외하면 PbTiO3와 PbNb2O6 모두 200 정도로 작아 고주파 표면탄성파 소자용 압전재료로 활용이 가능하다. 기타 이원소 및 다원소 압전 세라믹 재료의 유전율은 200~1000이며 이는 중간 유전율과 일치합니다.

20k 초음파 진동기

15K 진동기 꼬리

    (2) 가공을 통해 인터디지털 전극 제조에 적합한 양호한 표면을 가질 수 있다. 일반적으로 단결정 소재는 밀도가 매우 높으며 절단 및 연마와 같은 후속 가공 후 표면이 이상적입니다. 압전 세라믹은 일반적으로 다양한 조성의 분말 재료로 구성됩니다. 일련의 처리 후 고온에서 소결되므로 입자 크기와 기공 크기는 표면 탄성파 장치용 압전 세라믹 재료의 주요 지표입니다. 이는 재료의 매끄러움을 결정할 뿐만 아니라 장치의 상위 작동 주파수도 결정합니다. 위에서 언급한 바와 같이, 표면 탄성파 장치의 작동 주파수는 인터디지털 변환기의 인터핑거 바 폭에 따라 달라지며, 이는 인터디지털 변환기의 인터핑거 폭보다 적어도 작은 표면 공기 구멍 치수를 요구합니다. 예를 들어, 탄성 표면파 속도가 2400m/s인 압전 세라믹 소재의 표면에 중심 주파수가 60MHz인 탄성 표면파 대역통과 필터를 제작하였다. 표면 탄성파 파장 A는 1초/공장이므로 A = 40μm입니다. 서로 맞물린 스트립 폭은 10μm인 λ/4입니다. 음파의 반사를 줄이기 위해 분할 핑거 변환기가 채택되었습니다. 즉, 각 핑거는 λ/8이고 각 핑거 스트립의 폭은 51um에 불과합니다. 재료의 기공 및 입자가 금속 포크 핑거에 미치는 영향을 방지하기 위해 기공 크기 및 입자 크기는 최소 3μm 미만이 필요합니다. 따라서, 인터디지털 전극 제조에 적합한 양호한 표면을 얻기 위해서는 압전 세라믹 재료의 결정립 및 기공이 가능한 한 작아야 한다.

20K 진동기

초음파 변환기

    (3) 표면탄성파 투과 감쇠량이 작다. 표면 탄성파 전달의 감쇠는 압전 세라믹 재료 자체의 물리적 특성 및 표면 상태와 관련이 있습니다. 기공과 입자가 너무 크면 산란 손실이 발생하고 입자 사이의 진동 중 마찰 손실도 감쇠를 유발합니다. 따라서 가공 외에도 재료 선택에 따라 결정됩니다.

    (4) 전기기계적 변환 효율을 향상시키기 위해서는 가능한 가장 높은 전기기계적 결합 계수를 갖는 것이 필요하다. 전기기계결합계수는 압전재료의 기계적 에너지와 전기엔탈피의 상호변환 효율을 반영하며 매우 중요한 지표이다. 이는 재료의 탄성 특성, 유전 특성 및 압전 특성과 밀접한 관련이 있을 뿐만 아니라 다양한 진동 모드와도 밀접한 관련이 있습니다. 변환 효율을 향상시키기 위해서는 전기 기계 결합 계수가 클수록 신호 처리 중 에너지 손실을 줄일 수 있습니다. 일반적으로 압전 세라믹 재료는 전기기계적 결합 계수가 상대적으로 크기 때문에 압전 세라믹에서는 이것이 용이합니다.

15K 진동기

    (5) 온도 특성이 더 좋습니다. 장치의 안정성을 보장하기 위해 재료의 온도 특성이 좋고 주파수 노화 속도가 작습니다. 특히, 표면 탄성파 지연의 온도 계수는 가능한 한 작아야 합니다. 이는 인터디지털 핑거가 결정되면 그 작동 주파수도 설정되고, 작동 주파수 및 인터디지털 폭에 대한 주요 설계 기반은 표면 탄성파 지연 시간(즉, 소리의 속도)이기 때문입니다. 따라서 시간 지연이 변하면 작동 주파수도 변하게 되어 장치가 제대로 작동하지 않게 됩니다. TCD는 일반적으로 25 x 10*-6/°C 미만이어야 합니다.

    (6) 나이가 들기 쉽지 않다. 일반적인 요건은 0.5%/년 이하이고, 엄격한 요건은 0.1%/년 이하입니다.

    (7) 일관성과 반복성이 더 좋습니다. 장치가 대량 생산되면 동일한 재료 또는 동일한 재료 배치의 국부적 영역 간의 성능 차이가 작아서 장치가 정상적으로 작동할 수 있습니다. 이는 압전 단결정 소재의 균일성과 반복성이 우수하고, 압전 세라믹 소재의 영향력이 더 크기 때문에 압전 단결정에는 거의 영향을 미치지 않습니다. 재료의 분산성에 영향을 미치는 주요 요인은 원료 분산, 배치 중량 편차, 소결 온도 및 시간 제어입니다. 음속 등 주요 특성의 편차가 1%에 도달하면 부품 양산이 불가능하므로 0.1% 미만이 엄격히 요구된다. 소위 반복성은 일반적으로 서로 다른 배치 사이의 특성 편차 정도를 나타내며, 일관성은 일반적으로 동일한 배치 또는 동일한 소결 배치 사이의 특성 편차 정도를 나타냅니다. 둘을 분리하는 것은 어렵습니다. 일관성이 좋지 않으면 좋은 반복성이 없습니다. 이 문제는 압전 세라믹의 두드러진 약점입니다. 압전 세라믹 재료가 음향 본체 진동기 또는 변환기 구성 요소로 사용되는 경우 이러한 약점을 보완하기 위해 주파수 변조 또는 분류 조치가 필요한 경우가 많습니다. 탄성표면파 소자의 기판으로 사용하는 경우에는 조정이 불가능하므로 반복성과 일관성이 좋아야 하며, 그렇지 않으면 다른 특성이 좋아도 적용할 수 없습니다.