Caracterización del conjunto completo constantes del material y su dependencia de la temperatura de los materiales piezoeléctricos El uso de ultrasonido Espectroscopía de Resonancia

Summary

Este protocolo describe el procedimiento para medir la dependencia de la temperatura de las constantes de material completas de los materiales piezoeléctricos utilizando espectroscopia de ultrasonido resonante (RUS).

Abstract

Durante el funcionamiento de los dispositivos electromecánicos de alta potencia, un aumento de temperatura es inevitable debido a pérdidas mecánicas y eléctricas, causando la degradación del rendimiento del dispositivo. Con el fin de evaluar tales degradaciones utilizando simulaciones por ordenador, las propiedades del material matriz completa a temperaturas elevadas se necesitan como entradas. Es extremadamente difícil de medir dichos datos de sustancias ferroeléctricas debido a su fuerte variación naturaleza anisotrópica y la propiedad entre muestras de diferentes geometrías. Debido a que el grado de despolarización depende condición de contorno, los datos obtenidos por el IEEE (Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos) técnica de resonancia de impedancia, que requiere varias muestras con diferentes geometrías drásticamente, por lo general carecen de auto-consistencia. La espectroscopia de resonancia de ultrasonido (RUS) técnica permite que las constantes del material conjunto completo para medirse utilizando una sola muestra, que puede eliminar los errores causados ​​por una muestra a otra variation. Un procedimiento detallado RUS se demuestra aquí usando un titanato zirconato de plomo (PZT-4) muestra piezocerámico. En el ejemplo, se midió el conjunto completo de constantes del material desde la temperatura ambiente a 120 ° C. constantes dieléctricas libres medidos y fueron comparados con los calculados en base a los datos medidos del sistema completo, y las constantes piezoeléctricas D ₁₅ y D ₃₃ también se calcularon utilizando diferentes fórmulas. Se encontró una concordancia excelente en todo el rango de temperaturas, lo que confirmó el auto consistencia del conjunto de datos obtenidos por el RUS.

Introduction

Titanato zirconato de plomo (PZT) cerámicas piezoeléctricas, (1-x) PbZrO ₃ -xPbTiO _3, y sus derivados han sido ampliamente utilizados en los transductores ultrasónicos, sensores y actuadores desde la década de 1950 ^1. Muchos de estos dispositivos electromecánicos se utilizan en las gamas altas temperaturas, como para los vehículos espaciales y la excavación de pozos subterráneos. Además, los dispositivos de alta potencia, tales como transductores de ultrasonidos terapéuticos, transformadores piezoeléctricos y proyectores de sonar, a menudo de calentamiento durante el funcionamiento. Tales aumentos de temperatura cambiarán las frecuenc....

Protocol

1. Preparación de muestras

Nota: PZT-4 muestras de cerámica del tamaño deseado se pueden pedir directamente de muchos fabricantes de cerámica PZT. También se puede cortar la muestra de un bloque de cerámica PZT más grande, utilizando una máquina de corte de diamante, entonces Repole la muestra para restaurar depoling causada por corte y pulido. Aquí, la forma de la muestra es un paralelepípedo con cada dimensión entre 3 mm y 10 mm. muestras de mayor tamaño no son necesarias pero la precisión podrían verse comprometidas si las muestras son demasiado pequeños.

1. Pulir las superficies de una muestra paralelepípedo rectangular en un ....

Results

El algoritmo LM utilizados en la inversión es un buscador de mínimo local. Por lo tanto, los valores iniciales de las constantes de rigidez elástica , , , y ....

Discussion

La técnica descrita aquí RUS puede medir las constantes del material del sistema completo utilizando una sola muestra, que elimina los errores causados ​​por la variación de la propiedad de una muestra a fin de que la auto-consistencia puede ser garantizada. El método puede ser utilizado para cualquier material sólido con un alto factor de calidad Q, no importa si son piezoeléctrico o no. Todas las demás técnicas de caracterización requieren varias muestras para obtener los datos del sistema completo y son difíciles de .......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
PZT-4	TRS
parafina	MTI Corporation	8002-74-2
pintura de plata conductora	MG Chemicals	842-20G
Al2O3 Polvo	MTI Corporation
grasa de acoplamiento	Panametrics