које су карактеристике пиезоелектричног керамичког материјала

које су карактеристике пиезоелектричног керамичког материјала

    Процена да ли су пиезоелектрични керамички материјали погодни за уређаје са површинским акустичним таласима може се размотрити у следећим аспектима:

    (1) Диелектрична константа треба да буде умерена. Генерално, диелектрична константа треба да буде 10 до 1000. Превелика диелектрична константа ће изазвати директно спајање између интердигиталних електрода. Ако је премала, импеданса је превелика, а везу са колом и уређајем није лако ускладити. У пиезоелектричној керамици монолитног система, осим диелектричне константе БаТиО3 од 1.700, и ПбТиО3 и ПбНб2О6 су мале, око 200, што се може користити као пиезоелектрични материјал за уређаје са површинским акустичним таласима веће фреквенције. Други бинарни и вишеелементни пиезоелектрични керамички материјали имају диелектричну константу од 200 до 1000, што је у складу са умереном диелектричном константом.

20к ултразвучни вибратор

15К реп вибратора

    (2) Могуће је имати добру површину погодну за израду интердигиталних електрода обрадом. Генерално, монокристални материјал је веома густ, а површина је идеална након накнадне обраде као што је сечење и полирање. Пиезоелектрична керамика се углавном састоји од прашкастих материјала различитих састава. После низа третмана, синтерује се на високој температури, па су његова величина зрна и величина пора главни показатељи пиезоелектричних керамичких материјала за уређаје са површинским акустичним таласима. Он не само да одређује глаткоћу материјала, већ одређује и горњу радну фреквенцију уређаја. Као што је горе напоменуто, радна фреквенција уређаја за површинске акустичне таласе зависи од ширине међу прстима интердигиталног претварача, што захтева да димензија отвора за ваздух на површини буде најмање мања од ширине међу прстима интердигиталног претварача. На пример, површински пропусни филтер акустичног таласа са централном фреквенцијом од 60 МХз је произведен на површини пиезоелектричног керамичког материјала који има брзину површинског акустичног таласа од 2400 м/с. Његова површинска акустична таласна дужина А је једна секунда/фабрички, тако да је А = 40 μм. Ширина интердигиталне траке је λ/4, што је 10 μм. Да би се смањила рефлексија звучних таласа, усвојен је трансдуктор са подељеним прстима, односно сваки прст је λ/8, а свака трака прста је широка само 51 ум. Да би се спречио утицај пора и зрна материјала на прсте металне виљушке, величина пора и величина зрна морају бити најмање мање од 3 μм. Стога, да би се добила добра површина погодна за производњу интердигиталних електрода, кристална зрна и поре пиезоелектричног керамичког материјала морају бити што је могуће мање.

20К вибратор

Ултразвучни претварач

    (3) Слабљење преноса површинског акустичног таласа је мало. Слабљење преноса површинског акустичног таласа повезано је са физичким својствима и површинским стањем самог пиезоелектричног керамичког материјала. Ако су поре и зрна превелики, доћи ће до губитка расејања, а губитак трења током вибрација између зрна такође ће узроковати слабљење. Стога се поред обраде одређује и одабиром материјала.

    (4) Неопходно је имати највећи могући коефицијент електромеханичке спреге да би се побољшала ефикасност електромеханичке трансдукције. Коефицијент електромеханичке спреге одражава ефикасност међусобне конверзије између механичке енергије пиезоелектричног материјала и електричне енталпије и веома је важан показатељ. То није само уско повезано са еластичним својствима, диелектричним својствима и пиезоелектричним својствима материјала, већ је и блиско повезано са различитим модовима вибрација. Да би се побољшала ефикасност конверзије, што је већи коефицијент електромеханичке спреге, то је боље, што такође може смањити губитак енергије током обраде сигнала. Генерално, пиезоелектрични керамички материјали имају релативно велике коефицијенте електромеханичког спајања, тако да је ово лако за пиезоелектричну керамику.

15К вибратор

    (5) Температурне карактеристике су боље. Да би се осигурала стабилност уређаја, температурне карактеристике материјала су добре, а фреквенција старења је мала. Конкретно, температурни коефицијент кашњења површинског акустичног таласа треба да буде што мањи. То је зато што када се одреди међудигитални прст, његова радна фреквенција се такође поставља, а главна основа за радну фреквенцију и међудигиталну ширину је време кашњења површинског акустичног таласа (тј. брзина звука). Стога, како се временско кашњење мења, радна фреквенција се мења, што ће довести до тога да уређај не ради исправно. ТЦД генерално треба да буде мањи од 25 к 10*-6/°Ц.

    (6) Није лако старити. Општи захтев је 0,5% годишње или мање, а строги захтев је 0,1% годишње или мање.

    (7) Доследност и поновљивост су бољи. Када се уређај масовно производи, разлика у перформансама између истог материјала или локалног подручја исте серије материјала је мала, тако да уређај може нормално да ради. Ово има мали утицај на пиезоелектрични монокристал јер су униформност и поновљивост пиезоелектричног монокристалног материјала бољи, а пиезоелектрични керамички материјал има већи утицај. Главни фактори који утичу на дисперзибилност материјала су дисперзија сировог материјала, одступање у тежини серије, температура синтеровања и контрола времена. Када одступање кључних карактеристика као што је брзина звука достигне 1%, то је неприхватљиво за масовну производњу делова, те се стога строго захтева да буде мање од 0,1%. Такозвана поновљивост се генерално односи на степен карактеристичног одступања између различитих серија, а конзистентност се генерално односи на степен карактеристичног одступања између исте серије или исте серије синтер. Тешко је раздвојити то двоје. Ако конзистентност није добра, неће бити добре поновљивости. Овај проблем је истакнута слабост за пиезоелектричну керамику. Када се пиезоелектрични керамички материјали користе као акустични вибратори тела или компоненте претварача, често су потребне мере модулације фреквенције или сортирања да би се компензовала ова слабост. Када се користи као подлога за уређај са површинским акустичним таласима, пошто није подесив, мора имати добру поновљивост и конзистентност, иначе неће бити применљив чак и ако су друге карактеристике добре.