한국어번호 검색 :156 저자 :사이트 편집기 게시: 2020-12-08 원산지 :강화 된
압전 세라믹은 고온 소결 및 고체 반응 후 혼합 산화물 (지르코니아, 산화 납, 티타늄 산화 티타늄 등)으로 만들어지는 강유전성 세라믹이며, DC 고전압 분극 처리를 통해 이들이 이들을 집합 적으로 전자 전기 효과를 갖도록합니다. 기계적 에너지와 전기 에너지를 변환 할 수있는 기능성 세라믹 재료입니다. 좋은 기계적 특성과 안정적인 압전 특성으로 인해 중요한 힘, 열, 전기 및 광에 민감한 기능 재료로서 압전 세라믹은 센서에서 널리 사용되어 왔습니다. 초음파 변환기, 마이크로 디스플레이커 및 기타 전자 구성 요소. 재료 기술의 지속적인 연구 및 개선뿐만 아니라 전자 장치, 정보, 항공 우주 등과 같은 첨단 기술 분야의 빠른 개발을 통해 고도로 지능적인 새로운 재료를 포함하는 압전 세라믹의 생산 기술 및 애플리케이션 개발은 뜨거운 주제입니다.
압전 세라믹의 유리 전자는 분극 전에 무질서하게 배열된다. 분극 처리 후, 잔류 분극은 편광 방향을 따라 이방성 다결정이되기 위해 생성된다. 유리 전자는 일관된 경향이 있으며, 압전은 크게 향상됩니다. 도 1 및도 2에 도시 된 바와 같이, 압전 세라믹 재료는 임의의 형태 및 분극 방향으로 만들 수있다. 분극 전후의 압전 세라믹 재료는 다른 유전 상수 (ε) 및 압전 상수 (d)를 갖는다.
편광 전에 유전체 상수를 설정하십시오.
ε11 = ε22 = ε33. 압전 재료가 방향 3에서 편광되는 경우, 다른 2 개의 전극 표면은 편광 방향에 수직이다. 분극 후 유전 상수 : ε11 = ε22 ≠ ε33 및 ε33의 값은 ε11보다 훨씬 큽니다. 압전 세라믹의 압전 상수는 또한 이방성이며, 압전 상수 D의 값도 다른 방향에서 다릅니다. 그중에서도 방향 3을 따른 값은 가장 큰 것, 즉 D33> D31 및 D32입니다. 전류계로 측정 할 때 D33 만 전류를 가지며 다른 두 방향으로는 전류가 생성되지 않습니다. 압전 세라믹의 편광은 자석의 자화와 매우 유사하며, 자화 전후의 자기장 강도는 크게 변할 것이다.
압전 세라믹의 저온 소결 기술에 대한 연구는 1960 년 이후에 시작되었으며, 일반적으로 소결 보조를 추가하고 소결 온도를 줄이기위한 과정을 개선하는 두 가지 측면에서 시작되었습니다. 1980 년대 이래로 국내외의 학자들은 압전 세라믹의 저온 소결에 대한 광범위한 연구를 수행했습니다. Tsinghua University의 Li Longshi는 PZT 이진 시스템에 공동 솔벤트를 추가하고 성능이 우수한 재료를 개발했으며 섭씨 960 도의 저온에서 소결되었습니다. Q. Yill et al. 저온에서 우수한 성능을 갖는 무연 압전 세라믹 재료를 준비하기 위해 KNN 기반 세라믹에 소결 보조 장치를 추가했습니다. 또한 연구원들은 프로세스 개선에 대한 많은 유용한 탐사를 수행했으며 특정 결과를 달성했습니다.
압전 세라믹 재료의 소결 온도를 낮추는 것은 일반적으로 공동 용매를 추가하고 공정을 개선하는 두 가지 측면에서 수행됩니다. 주로 다음 4 가지 방법이 있습니다.
기본 재료에 플럭스를 추가하면 세 가지 저온 소결 방법이 있습니다.
첫 번째 방법은 고체 용액을 형성하여 소결 온도를 줄이는 것입니다. 이온 대체는 결정 격자의 왜곡을 유발하고, 구조 결함을 증가시키고, 전기 도메인 사이의 장벽을 감소시켜 이온 확산을 촉진하고 소결을 촉진합니다. 두 번째 방법은 액체 상 소결을 형성하여 소결 온도를 줄이는 것입니다. 액체 소결에서 입자 재 배열 및 강화 된 접촉은 입자 경계 이동성을 증가시키고, 모공을 완전히 배출하고, 결정 입자의 성장을 촉진하며, 도자기 몸의 밀도를 증가 시키며, 소결 온도를 감소시키는 목적을 달성 할 수 있습니다. 세 번째 방법은 소결 온도를 줄이고 전이 액체 상 소결을 통해 성능을 향상시키는 것입니다. 낮은 융점 첨가제는 먼저 소결 공정 동안 소결을 촉진하기 위해 액체 상을 형성 한 다음, 후기 소결 과정에서 최종 단계로 작용하고, 주요 결정 단계로 빨아 들이고, 도핑 변형의 역할을한다.
낮은 융점 첨가제 의이 "듀얼 효과 "는 소결 온도를 250-300 ℃로 줄이고 성능을 향상시킬 수 있습니다.
화학적 합성 방법은 소결 온도를 감소시킬 수 있지만 냉각 범위는 제한되어 있으며, 재료의 소결 온도는 여전히 1000 ℃보다 높다.
뜨거운 소결은 세라믹의 소결 구동력을 증가시키고, 입자 경계에서 세라믹 바디로 모공 또는 공석의 확산을 촉진하여 세라믹 몸체의 밀도를 증가시키고 소결 온도를 감소시킬 수 있습니다. Hot-Press 소결 PZT 압전 세라믹 재료를 사용하면 소결 온도가 150-200 ° 감소하고 성능도 많이 향상됩니다.
수십만 개의 대기의 압력 하에서 분말은 밀도를 높이고 소결 할 수 있습니다. 예를 들어, 방사성 PZT 세라믹 분말은 150,000 대기에서 차가운 압박을 받았으며, 결과적으로 밀도가 7.2g/cm (이론 밀도의 90%)를 가진 세라믹 몸체가 얻어졌으며, 세라믹 분말은 원래 흙이 황색이었다. 차가운 압박과 소결 회색 검은 도자기 몸체로 소결.
국내외에서 압전 세라믹 재료의 저온 소결에 대한 위의 연구를 비교하십시오. 다음과 같은 결론이 있습니다.
(1) 소결 온도를 낮추기 위해 견고한 용액을 형성 할 때, 특정 조건 하에서 이온 교체를 수행해야하며, 결과 구조 결함은 제한되어 있으므로 온도 감소는 일반적으로 200 ℃ 내에 크지 않다.
(2) 액체상의 형성을 통해 소결 온도를 낮추는 효과는 명백하지만 액체 상 생성물은 세라믹 미세 구조에 남아있다. 이 낮은 융점 생성물의 존재는 재료의 기계적 강도, 유전체 특성 및 압전 특성이 감소하게됩니다.
(3) 화학 합성에 의해 분말이 만들어지는 소결 온도는 여전히 섭씨 1000도보다 높습니다. 또한, 용액에서 다양한 금속 이온의 상이한 화합물 기능으로 인해, 탈수 또는 신축 공정 동안, 화합물은 다른 화합물을 분리하거나 형성 할 수있다. 화학적 합성에 의해 모든 원료를 제조 할 수는 없다는 것을 알 수 있습니다.
(4) 뜨거운 압박 소결 과정에서, 결정 입자 방향이 생성되어 압전 특성을 방향성으로 만들 것이다. 세라믹 몸체는 곰팡이에서 냉각되어 내부 응력이 더 큰 내부 응력을 생성하며, 이는 압전 특성에 영향을 미치며 소결 온도가 너무 낮아질 수는 없습니다.
(5) 낮은 융점 첨가제의 "듀얼 효과 "를 사용하면 소결 온도를 크게 줄일 수 있으며 저렴한 비용과 간단한 공정으로 재료의 압전 특성을 향상시킬 수 있습니다. 이것은 압전 세라믹의 저온 소결에 이상적인 방법입니다.
1942 년 최초의 세라믹 압전 재료 바륨 티타 네이트가 탄생 한 이후, 압전 세라믹의 적용 제품으로서, 그것은 사람들의 삶의 모든 측면에 걸쳐 퍼졌습니다. 전기 기계적 커플 링의 링크로서 압전 재료의 적용은 대략 두 가지 측면으로 나눌 수있다 : 압전 공진기로 표현되는 압전 세라믹 주파수 제어 장치의 적용 및 기계적 에너지 및 전기 에너지를 전환하는 준 정적 적용의 적용.
편광 된 압전 세라믹, 즉 압전 진동기는 크기에 의해 결정된 천연 진동 주파수를 가지며 압전 효과는 안정적인 전기 진동을 얻을 수 있습니다. 적용된 전압의 주파수가 압전 진동기의 천연 진동 주파수와 동일하면 공명이 발생하고 진폭이 크게 증가합니다. 이 과정에서, 교대 전기장은 역 압전 효과를 통해 변형을 생성하고, 변형은 양의 압전 효과를 통해 전류를 생성한다. 전기 에너지와 기계적 에너지 사이의 최대 상호 전환을 실현하십시오. 압전 진동기의 특성을 사용하여 다양한 필터, 공진기 및 기타 장치를 제조 할 수 있습니다. 이 장치는 저렴한 비용, 소량, 수분 흡수, 장기 수명, 우수한 주파수 안정성, LC 필터보다 높은 수준의 품질 계수, 넓은 주파수 범위 및 높은 정확도, 특히 멀티 채널 통신 및 진폭 변조 수신 및 다양한 무선 통신 및 측정 명령을 향상시킬 수 있습니다. 따라서 전자기 발진기와 필터의 상당 부분을 대체 했으며이 추세는 여전히 발전하고 있습니다.
압전 변압기는 전기 에너지의 상호 전환 및 압전 효과의 기계적 에너지의 특성을 사용하여 만들어집니다. 그것은 입력 끝과 출력 끝의 두 부분으로 구성되며 편광 방향은 서로 수직입니다. 입력 끝은 두께 방향으로 편광되고, 교대 전압은 세로 진동에 적용됩니다. 역 압전 효과로 인해 출력에 높은 전압 출력이 발생합니다. 압전 세라믹 변압기는 새로운 유형의 고형 상태 전자 장치입니다. 전통적인 전자기 변압기와 비교하여, 단순한 구조, 작은 크기, 경량, 큰 변환 비율, 우수한 안정성, 전자기 간섭 및 소음 없음, 고효율, 고 에너지 밀도, 고 안전, 권선, 연소의 장점 없음, 자기 누출 현상 및 전자 방사선 오염을 갖습니다.
압전 세라믹 변압기의 작업 모드에 따르면, 이는 다음 범주로 나눌 수 있습니다. Rosen 유형 압전 세라믹 변압기, 두께 진동 모드 Piezoelectric Ceramic Transformer, 방사상 진동 모드 Piezoelectric 세라믹 변압기. 최근에는 2 개의 입력 단자와 고출력 다층 압전 세라믹 변압기가있는 3 차 진동 모드 Rosen Piezoelectric Ceramic Transformer와 같은 성능이 향상 된 일부 압전 변압기가 나타났습니다. 현재, 압전 세라믹 변압기는 주로 AC-DC, DC-DC 및 기타 전력 장치 및 콜드 캐소드 튜브, 네온 튜브, 레이저 튜브 및 소형 X- 레이 튜브, 고전압 정전기 분무, 고전압 정전기 튜브 및 레이더 디스플레이 튜브의 구동 등 고전압 생성 장치에 주로 사용됩니다.
압전 변환기는 압전 세라믹의 압전 효과와 역 압전 효과를 사용하여 전기 에너지와 음향 에너지의 상호 전환을 실현합니다. 압전 초음파 트랜스 듀서는 그 중 하나입니다. 수중 음파를 전달하고 수중 파도를받는 수중 음향 장치입니다. 음파의 작용하에, 물의 압전 변환기는 트랜스 듀서의 양쪽 끝에서 전기 전하를 유발한다. 이것은 사운드 웨이브 수신기입니다. 교대 전기장이 압전 세라믹 시트에 적용되는 경우, 세라믹 시트가 때때로 더 얇아지고 두껍게되며, 진동 및 방음을 방출합니다. 초음파 송신기입니다. 압전 변환기는 또한 수중 내비게이션, 해양 탐사, 정밀 측정, 초음파 청소, 고형 탐지, 의료 영상, 초음파 진단 및 초음파 질환 치료에 널리 사용됩니다. 오늘의 또 다른 신청서 압전 초음파 변환기 원격 측정 및 원격 제어 시스템입니다. 특정 응용 사례에는 압전 세라믹 버저, 압전 점화기, 초음파 현미경 등이 포함됩니다.
압전 초음파 모터는 초음파 진동을 생성하기 위해 압전 세라믹의 역 압전 효과를 사용하는 새로운 유형의 마이크로 모터입니다. 초음파 진동을 생성하고, 공명을 통한 재료의 미세 변형을 증폭 시키며, 진동 부분과 이동 부품 사이의 마찰에 의해 구동됩니다. 전통적인 전자기 모터와 비교하여 저렴한 비용, 단순 구조, 작은 크기, 고속도로, 저속 성능 (저속 작동은 감속 메커니즘 없이는 저속 작동을 달성 할 수 있음), 대형 토크 및 제동 토크, 빠른 응답, 자성 분야 및 전기장, 전자기 간섭 및 전자기 노이즈 를가집니다. 압전 초음파 모터는 정밀 기기, 항공 우주, 자동 제어, 사무실 자동화, 미세 기계 시스템, 마이크로 조립, 정밀 포지셔닝 및 자체 특성 및 성능 이점으로 인해 널리 사용됩니다. 현재 일본은이 분야에서 기술의 주요 위치에 있습니다. 압전 초음파 모터는 카메라 및 비디오 카메라의 자동 초점에 널리 사용되었으며 대규모 일련의 제품이 형성되었습니다.
무연 압전 세라믹은 환경 호환 압전 세라믹이라고도합니다. 세라믹 재료는 인간 건강에 해를 끼치 지 않고 환경 오염을 줄이기 위해 준비, 사용 및 폐기 과정에서 환경에 유해 할 수있는 물질을 생산하지 않아야합니다. 현재 산업에 사용되는 다양한 납 함유 압전 세라믹 재료 중에서 납 산화물의 함량은 재료의 총 질량의 60% 이상을 차지합니다. 이러한 재료는 부품 제조, 가공, 보관 및 운송, 사용 및 폐기물 처리 과정에서 인체와 환경에 해를 끼치는 것은 자명합니다. 따라서 무연 환경 친화적 인 압전 세라믹 재료는 최근 몇 년 동안 연구 개발의 중요한 방향입니다. 그러나 현재 사용되는 압전 세라믹 재료는 주로 PZT를 기반으로하며, 압전 성능은 다른 압전 세라믹 재료보다 훨씬 우수합니다. 또한, 재료의 전기적 특성은 도핑 수정 및 프로세스 제어를 통해 다양한 응용 요구 사항을 충족시키기 위해 조정될 수있다.
소수 폰의 적용에 역할을하기 위해, 압전 복합 재료는 1970 년대에 점차 개발되었다. 압전 복합 재료는 특정 연결 모드에서 압전 세라믹 상 및 중합체 상으로 구성된 압전 효과를 갖는 일종의 기능성 복합 재료이다. 유연한 중합체 상을 첨가하여 압전 복합 재료의 밀도, 음향 임피던스 및 유전성 상수가 감소하는 반면, 공로의 수치와 복합 재료의 전기 기계적 커플 링 계수는 개선되어 간단한 Piezoelectic Ceramic의 브리티 니스 및 piezoelectricity를 압도합니다. 폴리머의 높은 비용의 단점. 소수폰으로 사용되는 것 외에도 압전 복합재는 산업, 의료 및 통신 분야에서도 사용됩니다. 40 년 이상의 압전 복합재에 대한 지속적인 연구 후에, 응용 연구는 상당한 진전을 이루었지만 완전한 이론은 아직 확립되지 않았으며, 응용 프로그램 개발은 아직 탐구되지 않았습니다. 현재, 압전 복합 재료의 연구는 주로 연결 유형의 개발, 성형 공정의 개선 및 다기능 장치의 준비에 중점을 둡니다.
최근 몇 년 동안 나노 기술의 빠른 발전으로 나노 세라믹스는 점차 사람들의 관심을 끌었습니다. 나노 파이더는 형성되고 소결되어 조밀하고 균일 한 벌크 나노 세라믹을 형성한다. 재료의 강인성, 강도 및 초소성이 크게 향상되어 엔지니어링 세라믹의 많은 단점을 극복하고 재료의 기계적, 전기, 열, 자기 및 광학적 특성에 중요한 영향을 미칩니다. 재료 조성 시스템을 선택하고 나노 스케일 입자, 수염, 웨이퍼 섬유 등을 추가함으로써이를 수정하기 위해 고성능 및 저온 소결을 갖는 나노 전기 세라믹 재료를 얻을 수 있습니다. 나노 결정 곡물의 성장을 제어함으로써, 압전 열분해 물질의 전기 기계적 전환 및 열 방출 특성을 향상시키기 위해 이상한 특성을 갖는 양자 제한 효과 및 강유전 전기를 얻을 수있다. 다양한 유형의 압전 변압기, 압전 드라이버, 고출력 초음파 용접 기술, 압전 진동 피더, 새로운 초음파 CVD 기술 및 최근 몇 년 동안 빠르게 개발 된 원자력 발전소 지원 고성능 초음 공학은 Piezoelectricity의 모든 나노 세라믹입니다.
재료 구조와 응용 기술의 연구 및 확장에 대한 심층적 인 이해를 통해 압전 세라믹 재료는 전자 기술, 통신 기술, 레이저 기술 및 생명 공학과 같은 첨단 기술 분야에서 널리 사용될 것입니다. 이러한 분야의 빠른 발전과 새로운 경제 및 사회 개발 요구로 인해 큐리 온도가 높고 전자 기계적 커플 링 계수 및 기계적 품질 요인과 같은 압전 세라믹의 성능에 대한 요구 사항이 더 높아질 것입니다.
