¿Cuáles son las características del material cerámico piezoeléctrico?

¿Cuáles son las características del material cerámico piezoeléctrico?

Se puede considerar si los materiales cerámicos piezoeléctricos son adecuados para dispositivos de ondas acústicas de superficie en los siguientes aspectos:

(1) La constante dieléctrica debe ser moderada. Generalmente, se requiere que la constante dieléctrica sea de 10 a 1000. Una constante dieléctrica demasiado grande causará un acoplamiento directo entre los electrodos interdigitales. Si es demasiado pequeño, la impedancia es demasiado grande y la conexión con el circuito y el dispositivo no es fácil de igualar. En la cerámica piezoeléctrica del sistema monolítico, a excepción de la constante dieléctrica de BaTiO3 de 1,700, tanto PbTiO3 como PbNb2O6 son pequeños, alrededor de 200, que pueden usarse como material piezoeléctrico para dispositivos de ondas acústicas superficiales de mayor frecuencia. Otros materiales cerámicos piezoeléctricos binarios y multielementos tienen una constante dieléctrica de 200 a 1000, que está en línea con la constante dieléctrica moderada.

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(2) Es posible tener una buena superficie adecuada para la fabricación de electrodos interdigitales mediante procesamiento. En general, el material de cristal único es muy denso, y la superficie es ideal después del procesamiento posterior, como el corte y el pulido. Las cerámicas piezoeléctricas generalmente están compuestas de materiales en polvo de diferentes composiciones. Después de una serie de tratamientos, se sinteriza a alta temperatura, por lo que su tamaño de grano y tamaño de poro son los principales indicadores de los materiales cerámicos piezoeléctricos para dispositivos de ondas acústicas de superficie. No solo determina la suavidad del material, sino que también determina la frecuencia de funcionamiento superior del dispositivo. Como se señaló anteriormente, la frecuencia de funcionamiento del dispositivo de onda acústica de superficie depende del ancho de la barra entre los dedos del transductor interdigital, lo que requiere que la dimensión del orificio de aire de la superficie sea al menos menor que el ancho entre los dedos del transductor interdigital. Por ejemplo, un filtro de paso de banda de onda acústica superficial con una frecuencia central de 60 MHz se fabrica en la superficie de un material cerámico piezoeléctrico que tiene una velocidad de onda acústica superficial de 2400 m / s. Su longitud de onda de onda acústica superficial A es de un segundo / fábrica, por lo que A = 40 μm. El ancho de la tira interdigitada es λ / 4, que es de 10 μm. Para reducir la reflexión de las ondas sonoras, se adopta un transductor de dedo dividido, es decir, cada dedo tiene λ / 8 y cada tira de dedo tiene solo 51 um de ancho. Para evitar la influencia de los poros y granos del material en los dedos de la horquilla de metal, se requiere que el tamaño de poro y el tamaño de grano sean al menos inferiores a 3 μm. Por lo tanto, para obtener una buena superficie adecuada para la fabricación de los electrodos interdigitales, los granos de cristal y los poros del material cerámico piezoeléctrico deben ser lo más pequeños posible.

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(3) La atenuación de la transmisión de ondas acústicas de superficie es pequeña. La atenuación de la transmisión de ondas acústicas de la superficie está relacionada con las propiedades físicas y el estado de la superficie del material cerámico piezoeléctrico. Si los poros y los granos son demasiado grandes, se producirán pérdidas por dispersión, y la pérdida por fricción durante la vibración entre los granos también causará atenuación. Por lo tanto, además del procesamiento, se determina seleccionando materiales.

(4) Es necesario tener el coeficiente de acoplamiento electromecánico más alto posible para mejorar la eficiencia de transducción electromecánica. El coeficiente de acoplamiento electromecánico refleja la eficiencia de la conversión mutua entre la energía mecánica del material piezoeléctrico y la entalpía eléctrica, y es un indicador muy importante. No solo está estrechamente relacionado con las propiedades elásticas, las propiedades dieléctricas y las propiedades piezoeléctricas de los materiales, sino que también está estrechamente relacionado con los diferentes modos de vibración. Para mejorar la eficiencia de conversión, cuanto mayor sea el coeficiente de acoplamiento electromecánico, mejor, lo que también puede reducir la pérdida de energía durante el procesamiento de la señal. En general, los materiales cerámicos piezoeléctricos tienen coeficientes de acoplamiento electromecánico relativamente grandes, por lo que esto es fácil para las cerámicas piezoeléctricas.

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(5) Las características de temperatura son mejores. Para garantizar la estabilidad del dispositivo, las características de temperatura del material son buenas y la frecuencia de envejecimiento es pequeña. En particular, el coeficiente de temperatura del retardo de la onda acústica de la superficie debe ser lo más pequeño posible. Esto se debe a que una vez que se determina el dedo interdigital, también se establece su frecuencia de funcionamiento, y la base de diseño principal para la frecuencia de funcionamiento y el ancho interdigital es el tiempo de retardo de la onda acústica de la superficie (es decir, la velocidad del sonido). Por lo tanto, a medida que cambia el retraso, la frecuencia de funcionamiento cambia, lo que hará que el dispositivo no funcione correctamente. Generalmente se requiere que el TCD sea inferior a 25 x 10 * -6 / ° C.

(6) No es fácil envejecer. El requerimiento general es 0.5% / año o menos, y el requerimiento estricto es 0.1% / año o menos.

(7) La consistencia y la repetibilidad son mejores. Cuando el dispositivo se produce en masa, la diferencia de rendimiento entre el mismo material o el área local del mismo lote de material es pequeña, por lo que el dispositivo puede funcionar normalmente. Esto tiene poco efecto en el cristal único piezoeléctrico porque la uniformidad y la repetibilidad del material de cristal único piezoeléctrico son mejores, y el material cerámico piezoeléctrico tiene una mayor influencia. Los principales factores que afectan la dispersabilidad de los materiales son la dispersión de la materia prima, la desviación del pesaje de lotes, la temperatura de sinterización y el control del tiempo. Cuando la desviación de las características clave, como la velocidad del sonido, alcanza el 1%, es inaceptable para la producción en masa de las partes y, por lo tanto, es estrictamente necesario que sea inferior al 0.1%. La llamada repetibilidad generalmente se refiere al grado de desviación característica entre diferentes lotes, y la consistencia generalmente se refiere al grado de desviación característica entre el mismo lote o el mismo lote de sinterización. Es difícil separar los dos. Si la consistencia no es buena, no habrá buena repetibilidad. Este problema es una debilidad prominente para la cerámica piezoeléctrica. Cuando se utilizan materiales cerámicos piezoeléctricos como vibradores de cuerpo acústico o componentes de transductores, a menudo se requieren medidas de modulación o clasificación de frecuencia para compensar esta debilidad. Cuando se usa como sustrato para un dispositivo de onda acústica de superficie, dado que no es ajustable, debe tener buena repetibilidad y consistencia, de lo contrario no será aplicable incluso si otras características son buenas.