quais são as características do material cerâmico piezoelétrico

quais são as características do material cerâmico piezoelétrico

Julgar se materiais cerâmicos piezoelétricos são adequados para dispositivos de ondas acústicas de superfície pode ser considerado nos seguintes aspectos:

(1) A constante dielétrica deve ser moderada. Geralmente, a constante dielétrica deve ser de 10 a 1000. Uma constante dielétrica muito grande causará o acoplamento direto entre os eletrodos interdigitais. Se for muito pequena, a impedância é muito grande e a conexão com o circuito e o dispositivo não é fácil de igualar. Nas cerâmicas piezoelétricas do sistema monolítico, com exceção da constante dielétrica de BaTiO3 de 1.700, tanto o PbTiO3 quanto o PbNb2O6 são pequenos, cerca de 200, que podem ser usados ​​como material piezelétrico para dispositivos de ondas acústicas superficiais de maior frequência. Outros materiais cerâmicos piezoelétricos binários e multi-elementos têm uma constante dielétrica de 200 a 1000, que está alinhada com a constante dielétrica moderada.

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(2) É possível ter uma boa superfície adequada para a fabricação dos eletrodos interdigitais por processamento. Geralmente, o material de cristal único é muito denso e a superfície é ideal após processamento subsequente, como corte e polimento. Cerâmicas piezoelétricas são geralmente feitas de materiais em pó de diferentes composições. Após uma série de tratamentos, é sinterizado a alta temperatura, de modo que seu tamanho de grão e tamanho de poro são os principais indicadores de materiais cerâmicos piezoelétricos para dispositivos de ondas acústicas de superfície. Ele não só determina a suavidade do material, mas também determina a freqüência de operação superior do dispositivo. Como observado acima, a frequência de operação do dispositivo de onda acústica de superfície depende da largura da barra entre dedos do transdutor interdigital, que requer que a dimensão do furo de ar da superfície seja pelo menos menor que a largura entre dedos do transdutor interdigital. Por exemplo, um filtro passa-banda de onda ac�tica de superf�ie com uma frequ�cia central de 60 MHz �fabricado na superf�ie de um material cer�ico piezoel�trico tendo uma velocidade de onda ac�tica de superf�ie de 2400 m / s. Seu comprimento de onda de onda acústica de superfície A é um segundo / fábrica, então A = 40 μm. A largura da faixa interdigitada é λ / 4, que é 10 μm. Para reduzir a reflexão das ondas sonoras, um transdutor de dedo dividido é adotado, ou seja, cada dedo é λ / 8, e cada tira de dedo tem apenas 51 um de largura. A fim de evitar a influência de poros e grãos de material nos dedos dos garfos de metal, o tamanho dos poros e o tamanho dos grãos devem ser pelo menos inferiores a 3 μm. Portanto, a fim de obter uma boa superfície adequada para a fabricação dos eletrodos interdigitais, os grãos de cristal e os poros do material cerâmico piezoelétrico devem ser tão pequenos quanto possível.

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(3) A atenuação da transmissão de ondas acústicas de superfície é pequena. A atenuação da transmissão de ondas acústicas de superfície está relacionada às propriedades físicas e ao estado da superfície do próprio material cerâmico piezoelétrico. Se os poros e grãos forem muito grandes, ocorrerá perda de dispersão, e a perda de atrito durante a vibração entre os grãos também causará atenuação. Portanto, além do processamento, ele é determinado pela seleção de materiais.

(4) É necessário ter o maior coeficiente de acoplamento eletromecânico possível para melhorar a eficiência de transdução eletromecânica. O coeficiente de acoplamento eletromecânico reflete a eficiência da conversão mútua entre a energia mecânica do material piezoelétrico e a entalpia elétrica, e é um indicador muito importante. Não está apenas intimamente relacionado às propriedades elásticas, propriedades dielétricas e propriedades piezelétricas dos materiais, mas também está intimamente relacionado a diferentes modos de vibração. A fim de melhorar a eficiência de conversão, quanto maior o coeficiente de acoplamento eletromecânico, melhor, o que também pode reduzir a perda de energia durante o processamento do sinal. Geralmente, os materiais cerâmicos piezoelétricos têm coeficientes de acoplamento eletromecânicos relativamente grandes, então isso é fácil para cerâmicas piezoelétricas.

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(5) As características da temperatura são melhores. Para garantir a estabilidade do dispositivo, as características de temperatura do material são boas e a taxa de envelhecimento da frequência é pequena. Em particular, o coeficiente de temperatura do atraso da onda acústica de superfície deve ser o menor possível. Isso ocorre porque, uma vez determinado o dedo interdigital, sua freqüência de operação também é ajustada, e a base principal do projeto para a freqüência de operação e a largura interdigital é o tempo de atraso da onda acústica de superfície (ou seja, a velocidade do som). Portanto, conforme o tempo de atraso é alterado, a frequência de operação muda, o que fará com que o dispositivo não funcione corretamente. Geralmente, o TCD deve ser menor que 25 x 10 * -6 / ° C.

(6) Não é fácil envelhecer. O requisito geral é de 0,5% / ano ou menos, e a exigência estrita é de 0,1% / ano ou menos.

(7) Consistência e repetibilidade são melhores. Quando o dispositivo é produzido em massa, a diferença de desempenho entre o mesmo material ou a área local do mesmo lote de material é pequena, para que o dispositivo possa funcionar normalmente. Isto tem pouco efeito no cristal único piezoeléctrico porque a uniformidade e repetibilidade do material de cristal único piezoeléctrico são melhores, e o material cerâmico piezoeléctrico tem uma influência maior. Os principais fatores que afetam a dispersibilidade dos materiais são a dispersão de matérias-primas, desvio de pesagem de lotes, temperatura de sinterização e controle de tempo. Quando o desvio de características-chave, como a velocidade do som, atinge 1%, é inaceitável para a produção em massa das peças e, portanto, é estritamente necessário que seja inferior a 0,1%. A chamada repetibilidade geralmente se refere ao grau de desvio característico entre diferentes lotes, e a consistência geralmente se refere ao grau de desvio característico entre o mesmo lote ou o mesmo lote de sinterização. É difícil separar os dois. Se a consistência não for boa, não haverá boa repetibilidade. Este problema é uma fraqueza proeminente para cerâmicas piezoelétricas. Quando materiais cerâmicos piezoelétricos são usados ​​como vibradores corporais acústicos ou componentes de transdutores, freqüentemente são necessárias medidas de modulação ou classificação de frequência para compensar essa fraqueza. Quando usado como substrato para um dispositivo de ondas acústicas de superfície, uma vez que não é ajustável, deve ter boa repetibilidade e consistência, caso contrário, não será aplicável mesmo se outras características forem boas.