Charakterisierung von Full Set Materialkonstanten und deren Temperaturabhängigkeit für piezoelektrische Materialien mit Resonanzultraschallspektroskopie

Summary

Dieses Protokoll beschreibt das Verfahren zur Messung der Temperaturabhängigkeit der vollständig eingestellten Materialkonstanten von piezoelektrischen Materialien mittels resonanter Ultraschallspektroskopie (RUS).

Abstract

Während des Betriebs des Hochleistungselektromechanischen Vorrichtungen, ist ein Temperaturanstieg unvermeidbar aufgrund von mechanischen und elektrischen Verluste, die Verschlechterung der Leistung der Vorrichtung zu verursachen. Um solche Verschlechterungen unter Verwendung von Computersimulationen, Vollmatrix Materialeigenschaften bei hohen Temperaturen zu bewerten sind als Eingänge benötigt. Es ist extrem schwierig, solche Daten für ferroelektrische Materialien zu messen, die aufgrund ihrer starken anisotropen Natur und Eigenschaft Variation zwischen Proben verschiedener Geometrien. Da der Grad der Depolarisation Randbedingung abhängig ist, Daten von der IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) Impedanz Resonanztechnik erhalten, die mehrere Proben mit drastisch unterschiedlichen Geometrien erfordert, fehlt in der Regel Selbstkonsistenz. Die Resonanzultraschallspektroskopie (RUS) Technik erlaubt es den vollen Satz Materialkonstanten nur eine Probe mit gemessen werden, die durch Probe verursachte Fehler beseitigen kann Variat zu probierenIon. Eine detaillierte RUS Verfahren wird hier gezeigt, eine Blei-Zirkonat-Titanat (PZT-4) piezokeramischer Probe verwendet wird. Im Beispiel wurde der komplette Satz von Materialkonstanten von Raumtemperatur bis 120 ° C gemessen. Gemessen freien dielektrischen Konstanten und waren im Vergleich mit den berechneten Angaben in den gemessenen vollen Satz Daten basieren, und piezoelektrischen Konstanten d ₁₅ und d ₃₃ auch verschiedene Formeln berechnet wurden. Ausgezeichnete Vereinbarung wurde im gesamten Temperaturbereich gefunden, der die Selbstkonsistenz des Datensatzes durch den RUS erhalten bestätigt.

Introduction

Blei - Zirkonat - Titanat (PZT) piezoelektrische Keramik, (1-x) PbZrO ₃ -xPbTiO ₃ und seine Derivate in Ultraschallwandlern, Sensoren und Aktoren seit den 1950er Jahren weithin ¹ verwendet wurden. Viele dieser elektromechanischen Vorrichtungen sind bei hohen Temperaturbereiche, beispielsweise für Raumfahrzeuge und Untergrundbohrlochmessungen verwendet. Außerdem Hochleistungsvorrichtungen, wie beispielsweise therapeutische Ultraschallwandler, piezoelektrische Transformatoren und Sonar Projektoren, oft Aufheizens während des Betriebs. Eine solche Temperatur steigt wird die Resonanzfrequenzen ändern und den Brennpunkt von Wandlern, hohe ....

Protocol

1. Probenvorbereitung

Hinweis: PZT-4 Keramikproben der gewünschten Größe kann direkt aus vielen PZT-Keramik-Hersteller bestellt werden. Man kann auch schneiden die Probe aus einem größeren PZT Keramikblock eine Diamantschneidemaschine, dann Repole die Probe wiederherzustellen depoling verursacht durch Schneiden und Polieren. Hierbei ist die Probenform ein Parallelepiped mit jeder Dimension zwischen 3 mm und 10 mm. Größere Proben sind nicht erforderlich, aber die Genauigkeit beeinträchtigt werden könnte, wenn die Proben zu klein sind.

1. Polieren Sie die Oberflächen eines Quaders Probe auf einem Plexiglas - Datenträger unter Verwen....

Results

Der LM algorism in der Inversion verwendet wird, ein lokales Minimum finder. Daher sind die Anfangswerte von elastischen Steifigkeitskonstanten . . . , und .....

Discussion

Die RUS hier beschriebene Technik kann den vollen Satz Materialkonstanten nur eine Probe unter Verwendung messen, die Fehler, die durch Eigenschaft Variation von Probe eliminiert, so dass Selbstkonsistenz Probe gewährleistet werden kann. Das Verfahren kann mit einem hohen Qualitätsfaktor Q, unabhängig davon, für jedes feste Material verwendet werden, wenn sie piezoelektrische sind oder nicht. Alle anderen Standardcharakterisierungstechniken erfordern mehrere Proben die vollständigen Daten zu erhalten und lassen sich nur.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
PZT-4	TRS
Paraffin	MTI Corporation	8002-74-2
leitfähige Silberfarbe	MG Chemicals	842-20G
Al2O3 Pulver	MTI Corporation
Kupplungsfett	Panametrics