Studie zum Polarisationsprozess der PZT -Piezoelektrik -Keramik

Piezoelektrischer Kristallwandlerwerden in den Bereichen Elektronik, Licht, Wärme und Akustik häufig eingesetzt und sind zu wichtigen funktionellen Materialien in der Verteidigungsindustrie, der Zivilindustrie und dem täglichen Leben geworden. Sie sind eine wichtige Forschungsrichtung aktueller funktionaler Materialien. Derzeit ist die am häufigsten verwendete piezoelektrische Keramik immer noch Bleizirkonat -Titanat (PZT) und seine ternäre oder quaternäre Keramik. Der Polarisationsprozess ist ein Schlüsselprozess bei der Herstellung von piezoelektrischen Keramikgeräten. Der Polarisationsprozess ist der Prozess der Bewegung und Entwicklung von Domänenstrukturen in der piezoelektrischen Keramik. Piezoelektrische Keramik sind vor der künstlichen Polarisation isotrope Körper und zeigen keinen piezoelektrischen Effekt äußerlich. Nach der Polarisation werden sie aufgrund der remanenten Polarisation zu anisotropen Körper und haben somit einen piezoelektrischen Effekt. Die dielektrischen und elastischen Eigenschaften der polarisierten piezoelektrischen Keramik hängen mit dem Grad der Polarisation zusammen. Um die piezoelektrische Keramik ein hohes Maß an Polarisation aufweisen und ihren potenziellen piezoelektrischen Eigenschaften vollständiges Spiel zu verleihen (T). Und Polarisationszeit (t). Die drei Bedingungen des Polarisationsprozesses sind miteinander verbunden. Wenn das elektrische Feld der Polarisation schwach ist, kann es durch Erhöhen der Temperatur und die Verlängerung der Polarisationszeit kompensiert werden. Wenn das elektrische Feld stark ist und die Temperatur hoch ist, kann die Polarisationszeit verkürzt werden. Die drei Polarisationsbedingungen hängen jedoch eng mit der Zusammensetzung der piezoelektrischen Keramik zusammen. Für PZT -piezoelektrische Keramikmaterialien wird das doppelte elektrische Feld verringert. Die traditionelle Methode besteht darin, das Verhältnis von Zirkonium zu Titan anzupassen. Je größer das Zirkonium -Titan -Verhältnis ist, desto kleiner ist das zwanghafte elektrische Feld, so dass das elektrische Feld der Polarisation kleiner ist. Es erhöht das Verhältnis von Zirkonium zu Titan und verbessert die Polarisationsprozessbedingungen nicht signifikant.

In der Produktion und der wissenschaftlichen Forschung werden bestimmte Oxide und Verbindungen häufig als Spurenzusatzstoffe verwendet, um die Leistung von piezoelektrischen Keramikmaterialien zu verbessern. Diese Spurenzusatzstoffe ersetzen die Positionen einiger Titanionen und Zirkoniumionen in PZT, was die Domäne in den Körnern leicht bewegen, was zu einer signifikanten Verringerung des erzwungenen elektrischen Feldes führt und auch die drei Polarisationsbedingungen verringert. Leicht zu polarisieren. Nach einer langen Zeit von wiederholten Experimenten wird festgestellt, dass der 6,5 -MHz -Piezoelektrik -Keramikfilter aus modifiziertem PZT besteht und seine Zusammensetzung PB0 ist. 90 SR0. 05 mg0. 03ba0. 02 (zr0. 53 Ti0. 47) O3 + CEO2 + Nach dem piezoelektrischen Keramik-Rohstoff ist eine runde Piezo-Keramikscheibe von 24 mm × 0,35 mm gebildet und poliert und nach einem Silberscheiben auf beiden Seiten des runden Piezo -Keramikstücks, es wird in einem Ofen bei 100 ° C länger als 10 Minuten backen und die Fliesen aus der Silberschicht entfernen. Anschließend wird die Silberkuchenplatte in einen Kastenofen gelegt, und die Temperatur wird bei einer konstanten Temperatur von 15 ° C / 6 min auf 100 ° C erhöht, und die Temperatur wird bei 0,5 ° C angehoben. Die Temperatur wird zu einem erhöht Konstante Temperatur von 15 ° C / 6 min. Bei 400 ° C wurde die Temperatur bei einer konstanten Temperatur von 20 ° C / 6 min auf 700 ° C angehoben. Nach einer konstanten Temperatur von 20 min wurde die Temperatur langsam auf unter 100 ° C gesenkt. Die silberplatten Porzellanstücke wurden 12 h bei Raumtemperatur gelegt, in ein Silikonölbad gelegt und unter den verschiedenen Polarisationsbedingungen einer Polarisationsbehandlung unterzogen. Die piezoelektrischen Eigenschaften vonTangential Piezoelektrikumwurden gemessen, nachdem sie 24 Stunden standen.

Auswirkung des polarisierten elektrischen Feldes auf piezoelektrische Eigenschaften

Im Polarisationsprozess ist das elektrische Feld der Polarisation die externe Antriebskraft zum Lenken der Domäne. Wenn die Sättigungsfeldstärke des Materials nicht überschreitet, desto größer ist die piezoelektrische Leistung, je größer die Ausrichtung der Domänenausrichtung, desto größer ist die Ausrichtung der Domänenausrichtung und der Polarisationsgrad. Elektronen, die bei niedrigem Druck schwer abzulenken oder neu zu orientieren, sind unter hohem Druck anfälliger für Ablenkung oder Neuorientierung, was die Polarisierung vollständiger macht. Für eine 180 ° -Verversionsdomäne lenkt die Inversion der Domäne nicht die umgekehrte Domäne durch die laterale Bewegung ihrer Domänenwand, sondern wächst viel Polarisation in der Nähe der Elektrode entlang der Probekante innerhalb der Inversionsdomäne. Eine neue, scharfe Domäne mit einer Richtung, die mit der Richtung des elektrischen Feldes übereinstimmt. Nach der Keimbildung der neuen Domäne steigt sie unter der Wirkung eines elektrischen Feldes vor und dringt in die gesamte Probe ein. Wenn das elektrische Feld verbessert wird, treten neue Domänen kontinuierlich auf, und die Vorwärtsentwicklung verbreitet sich zum gesamten umgekehrten Domäne. Schließlich entspricht die umgekehrte Domäne der Richtung des externen elektrischen Feldes und kombiniert sich mit benachbarten isotropen Domänen, um ein größeres Volumen zu bilden. Für eine 90 ° -Domäne kann sich die Domänenwand seitlich bewegen, und das für die laterale Bewegung der 90 ° -Domäne erforderliche kritische elektrische Feld ist kleiner als das kritische elektrische Feld, das für den scharfen neuen Domänenkern erforderlich ist, aber die 90 ° -Domänensteuerung und die externe elektrische Feldrichtung sind erforderlich. Konsistent erfordert ein größeres elektrisches Feld, und die Entwicklung seiner neuen Domäne beruht hauptsächlich auf dem externen elektrischen Feld, um die laterale Bewegung der 90 ° -Domänenwand zu drücken. Unter der Bedingung von t = 15 min und t = 130 ° C wurde die Polarisation des piezoelektrischen Keramikstücks durch E geändert und die piezoelektrische Konstante d33 mit E geändert. Wenn e <1, 5 kV/mm , D33 nimmt mit der Zunahme von E langsam zu; Wenn E> 1. 5 kV/ mm, steigt D33 mit dem Anstieg von E schnell an, aber wenn E> 2,5 kV/ mm, fällt D33 plötzlich schnell ab. Dies liegt daran, dass bei E <1. 5 kV/mm die Polarisation das Material nur leicht zu einer 180 ° -Domänenorientierung in Richtung des externen elektrischen Feldes wenden kann, sodass der D33 -Wert niedriger und der Anstieg langsamer ist. Wenn e> 1. 5 kV, ist das externe elektrische Feld größer als das erzwungene elektrische Feld des Materials, so dass die 90 ° -Domäne, die das Material schwer zu drehen ist D33 nimmt schnell zu; Erhöhen Sie weiterhin die externe elektrische Feldstärke, wenn E> 2. 0 kV/ bei mm, die piezoelektrische Domäne im Material nahezu vollständig ist, sodass die Erhöhung der D33 tendenziell langsam ist. Wenn E jedoch einen bestimmten Wert erreicht (e> 2. 5 kV/mm), erhalten die freien Elektronen in der Piezokeramik mehr Energie im elektrischen Feld als die verlorene Energie. Nach der Ionisation -Kollisionstheorie können die freien Elektronen nach jeder Kollision erfolgen. Die akkumulierende Energie führt dazu, dass die Temperatur des Keramikblatts kontinuierlich ansteigt, die piezoelektrische Leistung wird kontinuierlich abgebaut, und schließlich tritt der thermische Abbau auf. Wenn das angelegte elektrische Feld aufgrund des Tunneleffekts der Quantenmechanik ausreichend hoch ist, können die verbotenen Bandelektronen in das Leitungsband eintreten, und unter der Wirkung des starken Feldes werden die freien Elektronen beschleunigt, wodurch die Elektronen kollidiert werden können und ionisieren. Zu diesem Zeitpunkt steigt aufgrund der Zunahme des Stroms die lokale Temperatur des Piezokristalls, wodurch der Piezokristall seine Struktur teilweise schmilzt und zerstört, so dass die Eigenschaften der Piezokeramik abgebaut werden und schließlich ein Abbau auftritt.

Einfluss der Polarisationstemperatur auf die piezoelektrischen Eigenschaften

Unter der Bedingung von e = 2. 0 kV/mm und t = 15 min wird t geändert, um die piezoelektrische Keramik zu polarisieren. Die Variation von D33 und D33 wird schneller zunehmen. Nachdem die Temperatur 130 ° C erreicht hatte, blieb der Wert von D33 im Wesentlichen unverändert. Dies liegt daran, dass bei niedrigeren Temperaturen, wenn die Temperatur zunimmt, das Verhältnis von Piezokristallachse kleiner wird, die Domänenaktivität zunimmt und die durch die 90 ° -Planung der Domänen verursachte innere Spannung kleiner wird, dh die Domänensteuerung betroffen ist. Der Widerstand ist klein und die Domänen sind leicht ausgerichtet, sodass die Polarisation leichter durchführen kann. Wenn T 130 ° C erreicht, werden die meisten piezoelektrischen Domänen gedreht und die Lenkung ist gesättigt, sodass sich der Wert von D33 nicht ändert.

Die Polarisationsbedingungen haben einen großen Einfluss auf die Leistung der piezoelektrischen Keramik, und das elektrische Feld des Polarisationsfeldes ist der Hauptfaktor bei den Polarisationsbedingungen. Wenn das angelegte elektrische Feld die Zwangsfeldstärke überschreitet, sollten die meisten Domänen umgedreht und neu angeordnet und vollständig polarisiert werden, aber unter einem solchen elektrischen Feld, auch wenn es für lange Zeit polarisiert wird, kann es nicht erhalten werden. Bessere piezoelektrische Eigenschaften. Um die piezoelektrischen Eigenschaften des Materials vollständig ausgeübt zu machen, muss das elektrische Feld der Sättigungsfeldstärke hinzugefügt werden, die 3- bis 4 -fache der Zwangsfeldstärke beträgt. Daher ist das zwanghafte elektrische Feld die untere Grenze des während der Polarisation ausgewählten elektrischen Feldes, und die Sättigungsfeldstärke kann berücksichtigt werden Überschritten ist der Zusammenbruch leicht zu finden. Nach umfassender Überlegung werden die optimalen Polarisationsprozessparameter des 6. 5 MHz -Piezoelektrik -Keramikfilters bestimmt: Die elektrische Feldstärke der Polarisation beträgt 2 kV/mm und die Polarisationstemperatur beträgt 130 ° C. Basierend darauf wird der Pol bestimmt. Die Zeit ist 15 min. Die experimentellen Ergebnisse zeigen, dass die Auswirkung auf die piezoelektrische Leistung nicht offensichtlich ist, wenn die Polarisationszeit 15 Minuten überschreitet. Es wurde auch in dem Experiment gefunden, dass die Verwendung von Silberpaste mit niedriger Temperatur leitender Paste anstelle der häufig verwendeten Hochtemperatur-Silberpaste im Silber-Sintering-Prozess die piezoelektrischen und mechanischen Eigenschaften des Keramikblatts verbessern kann Die Bindungsfestigkeit ist jedoch niedriger und die Kosten höher. Hoch und ungeeignet für die industrielle Produktion. Im Experiment des Brandprozesses wurde festgestellt, dass das Piezo -Keramikblatt eine Temperatur von mehr als 1 250 ° C aufweist und eine Haltezeit von mehr als 2 Stunden während der Polarisation anfällig für den Abbau war, was zu einem Anstieg der Risse führte. Dies liegt daran, dass je höher die Schusstemperatur und je länger die Haltezeit, desto schwerer Kristallisation erfolgt, so dass kleinere Körner zu großen Körnern werden, was normalerweise zu einer Erhöhung der Keramikporosität und einer Abnahme der Keramikdichte führt. Es reduziert die mechanische Festigkeit und die dielektrische Konstante und reduziert gleichzeitig den mechanischen Qualitätsfaktor der Piezokeramik.

Wenn die Übergabe eintrifft, wird die Übergabe authentifiziert. Wenn es erfolgreich ist, werden die in der Vorbereitungsphase zugewiesenen Ressourcen an das Protokollzugriffsmodul übergeben und ein Aufruf an die Kontrolle eingeleitet. Zu diesem Zeitpunkt betrachtet die Anrufsteuerung den Anruf als normaler Terminalanruf. Wenn das Protokollzugriffsmodul an die HOM berichtet, dass das Terminal tatsächlich auf die Nachricht zugegriffen hat, kann der Schalter in einem stabilen Zustand angesehen werden. Wenn das eingeschaltete Terminal andere Handovers erfordert, z. B. interne Übergabe oder anschließende Übergabe, kann er gemäß der HO -Funktionsbeschreibung abgeschlossen werden. Es sollte darauf hingewiesen werden, dass die schalten OT -Enden nichts mit den OT -Enden des Anrufs zu tun haben. Das T -Ende und das O -Ende des Anrufs können das geschaltete O -Ende oder das umgeschaltete T -Ende sein. Nach Nachforschungen zu GSM- und UMTS -Übergabe, wenn es GSM und UMTS -Handover im mobilen Softschalter gibt, gibt es viele Ähnlichkeiten zwischen dem Signalprozess und der Mediensteuerung, insbesondere den Übergabenachrichten von BSSAP und RANAP. Im Entwurfsprozess der Staatsmaschine wird in Betracht gezogen, um die Fusion der beiden Protokolle zu implementieren und schließlich das Schema der Trennungsimplementierung zu übernehmen. Der Signalprozess eines einzelnen Protokolls bei der Übergabe ist nicht kompliziert, und die Komplexität der Übergabe erfolgt hauptsächlich aus der Zusammenarbeit von Protokollen an mehreren verschiedenen Schnittstellen. Die Fusion der über Handover-bezogenen Nachrichten in den beiden Protokollen des Subsystem-Anwendungsteils der Basisstation (BSSAP) und des RANAP (Radio Access Network Application) kann für das Design der Handover-Statusmaschine nicht stark vereinfacht werden und wird auch für sein und wird für die Handlung des Handover-Status sein und wird auch für sein. BSSAP. Das an das RANAP -Protokoll angepasste Design fügt Komplexität hinzu. Darüber hinaus führt die Fusion zu einer Redundanz von Nachrichten und Parametern oder zur Verlust der Funktionalität.