Ko'p qatlamli piezoelektrik aktuatorlarni sinterlashda isitiladigan keramik plitalar qanday rol o'ynaydi?

Ko'p qatlamli piezoelektrik aktuatorlar deb ataladigan mayda, kuchli "mushaklar" linzalar, klapanlar va yarimo'tkazgich uskunalarini nanometr{0}}darajadagi aniqlik bilan joylashtirishi mumkin. Ular yuzlab oʻta yupqa keramik varaqlarni yigʻish yoʻli bilan yasaladi, ularning ustiga metall ichki elektrodlar ekranga-bosiladi, soʻngra butun tuzilmani zich monolit blokga-qoʻshiladi. Ushbu sinterlashni amalga oshiradigan isitish plitasi termal bir xillik modeli bo'lishi kerak.

Piezoelektrik aktuator ishlab chiqarishda isitiladigan keramik plitani sinterlash dunyosida issiqlik bir xilligi nafaqat orzu qilingan - bu majburiydir. Otish yuzasidagi kichik harorat gradientlari ham keramika to'plamining egilishiga, o'rnatilgan elektrodlarning sinishiga yoki aktuatorning ish faoliyatini doimiy ravishda yomonlashtiradigan ichki mexanik kuchlanishlarni keltirib chiqarishi mumkin.

Piezoelektrik aktuatorlar uchun sinterlash nima uchun muhim?
Qo'rg'oshin zirkonat titanati (PZT) keramik kompozitsiyalari ko'p qatlamli piezoelektrik aktuatorlarni ishlab chiqarish uchun keng qo'llaniladi. Aktuator mo'rt qatlamli "yashil korpus" bo'lib, u quyidagilardan iborat: Otishdan oldin,

Keramika lentasining yupqa chiziqlari

Yelimlar, organik

Solventlar

Metall elektrod dizaynlari chop etiladi

Laminatsiyalash uchun bosim interfeyslari

Sinterlash jarayonida keramika zarralari birlashadi va zichlashadi va ichki elektrodlar ham o'tkazuvchi qatlamlarga birlashtiriladi.

U mo'rt kukun va metall siyohni oladi va elektr toki qo'llanganda kuch va harakat hosil qiladigan qattiq elektro{0}}mexanik tuzilmani yaratadi.

Isitilgan keramik plastinaning roli
Issiq plastinka sinterlash tizimining harorat asosidir.

U quyidagi majburiyatlarga ega:

Stack aktuatorining mexanik ta'minoti

Bir xil issiqlik taqsimoti

Termal gradientlarni kamaytirish

Yonish muhitini barqarorlashtirish

Mahalliy qizib ketishning oldini olish

Aktuator qatlamlari juda nozik, shuning uchun kichik harorat farqi zichlash paytida notekis qisqarishga olib kelishi mumkin.

Ushbu differensial zichlik quyidagilarga olib kelishi mumkin:

Buzilish; xato ko'rsatish

Buzilish

Ichki bo'shliqlar

Elektrodni tozalash

Piezoelektrik ishlashning pasayishi

Shunday qilib, plastinka termal stabilizator va o'lchamlarni boshqarish moslamasi sifatida xizmat qiladi.

Yuqori haroratli sinterlash plitalari- uchun materiallar
Plastinka odatda kuchli issiqlik bilan uzoq muddatli aloqaga bardosh bera oladigan o'tga chidamli keramika materiallaridan tayyorlanadi.

Alumina keramika plitalari
Yuqori{0}}soflikdagi alumina ko'pincha tanlanadi, chunki u:

Yaxshi termal barqarorlik

Yuqori siqish nisbati kuchga

Elektrdan foydalanish uchun izolyatsiya

Kimyoviy moddalarga qarshilik

Termal zarba qarshiligi

Keramika ramkasi kuyish paytida mo'rt PZT elementlarining ifloslanishini yanada kamaytiradi.

O'rnatilgan isitish elementlari
Plastinada yuqori haroratli isitish elementlari bo'lishi mumkin, masalan:

Molibden qarshiligining elementlari

Silikon karbid (SiC) isitish elementlari

Molibden disilitsid tizimlari

Bunday isitish materiallari 1000 darajadan yuqori haroratlarda ko'p-soatlik sinterlash davrlarida barqaror issiqlik hosil qilish qobiliyati uchun tanlangan.

Harorat talablarining haddan tashqari bir xilligi
Piezoelektrik aktuatorning isitiladigan keramik plitani sinterlash jarayonida asosiy qiyinchiliklardan biri yuqori barqaror sirt haroratiga erishishdir.

Oddiy sinterlash harorati
Aniq kuyish harorati o'ziga xos seramika formulasiga qarab o'zgaradi, ammo PZT{0}}asosidagi aktuator qurilmalari odatda quyidagilar orasida sinterlanadi:

1100 daraja va 1300 daraja

Differentsial qisqarish effektlari bu haroratlarda engil termal tafovutlarni oshiradi.

Termal aniqlik talab qilinadi
Sanoat sinterlash plitalari uchun haroratning bir xilligi ko'pincha quyidagilardan iborat:

Faol sirt ustida ±1 darajadan ±2 darajagacha

Ushbu mezon juda yuqori ish harorati bilan juda qattiq.

Pechda plastinka issiq jim to'liq bir xil bosqich bo'lib, har bir keramika qatlami birgalikda qisqarishi kerak.

Buzilish va delaminatsiyani oldini olish
Pyezoelektrik aktuatorlar ko'p qatlamli{0}}bo'lib, shuning uchun ham ba'zi noodatiy harorat muammolariga duch keladi.

Differensial hisob-kitob
Agar stekning bir maydoni boshqasidan tezroq qizib ketsa:

Seramika qisqarish tezligi boshqacha

Ichki kuchlanishlarning to'planishi

Qatlamning buzilishi sodir bo'ladi

Hatto o'lchamdagi eng kichik og'ishlar ham oxirgi foydalanuvchiga-tasdiqlovchining aniqligiga ta'sir qilishi mumkin.

Ichki elektrod barqarorligi
Palladiy{0}}kumush elektrod qatlamlari keramik plitalar orasiga joylashtiriladi va ular atrofdagi keramika bilan bir vaqtda sinterlanishi kerak.

Noto'g'ri isitish quyidagilarga olib kelishi mumkin:

Elektrod bo'shlig'i

Qatlamlarni tozalash.

Tanaffus

O'tkazuvchanlikni yo'qotish

Elektromexanik ulanish kamaydi

Shunday qilib, butun stack bo'ylab bir xil issiqlik sharoitlarini saqlash ham tizimli, ham elektr ishlashi uchun juda muhimdir.

Nima uchun yuqori termal massadan foydalanish kerak?
Sinterlash plitalari sezilarli hajmli va termal inersiyaga ega bo'lish uchun mo'ljallangan.

Yuqori termal inertsiyaning afzalliklari
Katta termal massa yordam beradi:

Harorat o'zgarishini yo'q qiling

Tez issiqlik buzilishlariga qarshi turing

Silliq isitish davri ta'sir qiladi

Uzoq muddatli{0}}otish uchun otish shartlarini bir xilda saqlang

Bu barqarorlik ayniqsa muhimdir, chunki piezoelektrik otish davrlari ko'p soat davom etishi mumkin va quyidagilarni o'z ichiga oladi:

Bosqichma-bosqich ko'tarilish-

Bog'lovchining yonish bosqichlari-

Yuqori haroratda namlash vaqti

Sekin tartibga solinadigan sovutish davrlari

Katta keramik plastinka butun o'choq jarayoni uchun termal volan sifatida ishlaydi.

Sinterlashda atmosferani boshqarish
Sinterlash muhiti keramika va elektrodning harakatiga sezilarli ta'sir qiladi.

Boshqariladigan atmosfera
Jarayon quyidagi hollarda ishlashi mumkin: Kimyoviy aktuator asosida

Havo.

Azot

Inert gaz aralashmalari nazorat ostida

Kislorod bilan boshqariladigan atmosferalar

Plastinka barcha ko'rsatilgan havo sharoitida kimyoviy jihatdan barqaror bo'lishi kerak.

Kimyoviy inertlik hal qiluvchi ahamiyatga ega
Qo'rg'oshin oksidi bug'i yuqori haroratlarda qo'rg'oshin o'z ichiga olgan PZT keramikadan chiqishi mumkin.

Agar bu bug'lar plastinka yoki isitish elementlari bilan reaksiyaga kirishsa:

Kontaminatsiya mavjud bo'lishi mumkin

Isitgichning tezlashtirilgan degradatsiyasi

Yuzaki kimyo barqarorlikni buzadi

Shunday qilib, o'tga chidamli keramika va kimyoviy jihatdan chidamli isitish tizimlari plastinaning ajralmas qismidir.

Nazorat eslatmasi
Termal Barqarorlik Ko'p-Zonali PID boshqaruvidan foydalanadi
Zamonaviy sinterlash plitalari odatda oldindan dasturlashtirilgan termal profillarga ega bo'lgan ko'p zonali PID harorat tizimlari bilan boshqariladi.

Ushbu arxitektura quyidagilarni ta'minlaydi:

Alohida plastinka maydonlarini mustaqil nazorat qilish

Chetning issiqlik yo'qotilishi kompensatsiyasi

Oʻzgarishlarni boshqarishning-toʻgʻri darajasi-

Namlash haroratini barqaror nazorat qilish

Termal profilning o'zi ehtiyotkorlik bilan ishlab chiqilgan:

Bog'lovchini olib tashlash

Keramikani sinterlash

elektrodlarni birgalikda yoqish

Boshqariladigan sovutish: stressni bartaraf etish

Murakkab tizimlar ish paytida bir xillikni doimiy tekshirishni ta'minlash uchun plastinka tuzilishi bo'ylab joylashtirilgan bir nechta termojuftlardan foydalanishi mumkin.

Katta{0}}maydon plastinasi dizayni muammolari
Aktuatorlarning ishlab chiqarish hajmi oshgani sayin, kattaroq plastinka maydonlarida bir xil ishlashga erishish tobora qiyinlashib bormoqda.

Chetda sovutish effektlari
Qo'llaniladigan rayonlashtirish taktikasiga qarab, plastinkaning chetida issiqlik yo'qotilishi sovuq joylarga olib kelishi mumkin.

Mexanik tekislik
Plitalar 1200 darajadan yuqori haroratgacha ko'p marta aylantirilganda ham o'lchov jihatidan barqaror bo'lishi kerak.

Termal kengayish mosligi
Plitalarni yig'ishda ishlatiladigan material birikmalari yorilish yoki buzilishsiz takroriy kengayish va qisqarishda omon qolishi kerak.

Bu mulohazalar natijasida, yuqori unumdorlikka ega sinterlash plitalari aniq keramika ishlab chiqarishda qo'llaniladigan eng murakkab termal komponentlar qatoriga kiradi.

Xulosa
Isitilgan keramik plastinka nozik laminatlangan keramika kukuni va metall siyohni kuchli, juda aniq piezoelektrik aktuatorga aylantiradigan muhim yuqori haroratli asbobdir. Plitalar sinterlash jarayonida mukammal issiqlik bir xilligini ta'minlaydi, shuning uchun keramik korpus va implantatsiya qilingan elektrod qatlamlari burish, yorilish yoki qatlamlanishsiz zichlashadi.

Ushbu plastinkalar alumina kabi o'tga chidamli keramikadan qilingan va ularga kiritilgan molibden yoki silikon karbid elementlari bilan isitiladi. Ular ko'pincha 1100 darajadan yuqori haroratlarda ishlaydi va bir necha daraja ichida sirt bo'ylab haroratning bir xilligini ta'minlaydi. Ularning yuqori termal massasi, kimyoviy inertligi va ilg'or ko'p zonali boshqaruv tizimlari nozik, ko'p soatlik ko-otish jarayoni uchun zarur bo'lgan barqarorlikni ta'minlaydi.

Yaxshi{0}}nazorat qilinadigan harorat sharoitlari, odatda, murakkab ishlab chiqarish tizimlarida eng kichik va eng aniq mexanik harakatlarni ta'minlaydi. Yarimo'tkazgich ishlab chiqarishda eng yaxshi harakatlar eng mukammal tartibga solinadigan issiqlik bilan boshlanadi.