Caracterização do conjunto completo de constantes do material e sua dependência de temperatura para materiais piezoelétricos Usando Resonant Ultrasound Spectroscopy

Summary

Este protocolo descreve o procedimento de medição da dependência da temperatura das constantes de material de material de material piezoelétrico usando espectroscopia de ultrassom ressonante (RUS).

Abstract

Durante a operação de dispositivos electromecânicos de alta potência, um aumento de temperatura é inevitável devido às perdas mecânicas e eléctricas, causando a degradação do desempenho do dispositivo. A fim de avaliar tais degradações usando simulações de computador, as propriedades do material de matriz completa a temperaturas elevadas são necessários como entradas. É extremamente difícil medir esses dados para materiais ferroelétricos, devido à sua forte variação anisotrópica natureza e propriedade entre as amostras de diferentes geometrias. Porque o grau de despolarização é condição de contorno dependentes, dados obtidos pelo IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) técnica de ressonância de impedância, o que requer várias amostras com drasticamente diferentes geometrias, geralmente carecem de auto-consistência. A espectroscopia de ultra-som ressonante (RUS) técnica permite que as constantes materiais conjunto completo a ser medido utilizando apenas uma amostra, que pode eliminar erros causados ​​pela amostra para amostra variatíon. Um procedimento detalhado RUS é demonstrado aqui usando um titanato zirconato de chumbo (PZT-4) amostra piezocerâmicos. No exemplo, o conjunto completo de constantes do material foi medida a partir da temperatura ambiente até 120 ° C. Medido constantes dieléctricas livres e foram comparados com os calculados com base nos dados conjunto completo de medição e constantes piezoelétricas d ₁₅ e d ₃₃ também foram calculadas usando fórmulas diferentes. Excelente concordância foi encontrado em toda a gama de temperaturas, o que confirmou a auto-consistência do conjunto de dados obtidos pelo RUS.

Introduction

Titanato zirconato de chumbo (PZT) cerâmicas piezoeléctricas, (1-x) PbZrO ₃ -xPbTiO _3, e os seus derivados têm sido amplamente utilizados em transdutores ultra-sónicos, sensores e actuadores, uma vez a 1950 ^um. Muitos destes dispositivos eletromecânicos são usadas em faixas de alta temperatura, como por veículos espaciais e subterrâneos bem login. Além disso, os dispositivos de alta potência, tais como transdutores de ultra-sons terapêuticos, transformadores piezoelétricos e projetores sonar, muitas vezes de aquecimento durante a operação. Tais aumentos de temperatura vai mudar as frequências de ressonância e o ponto focal dos transdu....

Protocol

Preparação 1. Amostra

Nota: PZT-4 amostras de cerâmica com o tamanho desejado pode ser directamente ordenada de muitos fabricantes de cerâmica PZT. Pode-se também cortar a amostra a partir de um bloco de cerâmica PZT maior usando uma máquina de corte de diamante, então Repole a amostra para restaurar depoling causada por corte e polimento. Aqui, a forma da amostra é um paralelepípedo com cada dimensão compreendida entre 3 mm e 10 mm. amostras de maior porte não são necessárias, mas a precisão pode ser comprometida se as amostras são muito pequenas.

1. Polir as superfícies de uma amostra retangular paralelepípedo em um disco Plexig....

Results

O algorism LM utilizado na inversão é um localizador mínimo local. Portanto, os valores iniciais das constantes de rigidez elástica , , , e E constantes piez....

Discussion

A técnica RUS descrito aqui pode medir as constantes materiais conjunto completo usando apenas uma amostra, o que elimina erros causados ​​pela variação da propriedade de amostra para amostra de modo que a auto-consistência pode ser garantida. O método pode ser utilizado para qualquer material sólido com um elevado factor de qualidade Q, não importa se eles estão ou não piezoeléctrico. Todas as outras técnicas de caracterização padrão exigir várias amostras para obter o conjunto de dados completo e são difíceis de alcan.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
PZT-4	TRS
parafina	MTI Corporation	8002-74-2
tinta prateada condutora	MG Chemicals	842-20G
Al2O3 Pó	MTI Corporation
graxa de acoplamento	Panametrics