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如何確定壓電陶瓷材料適不適合超聲波設備

2021-12-31 09:15:53

一、介電常數£應適中。


通常介電常數為10到1000。如果介電常數太大,則將導致叉指電極之間直接耦合。如果介電常數太小,則阻抗將太大,并且不容易匹配。電路與壓電陶瓷換能器之間的連接。在單組分壓電陶瓷中,除BaTiO3的介電常數為1700外,PbTiO3體系和PbNb2O6都較小,約為200,可以很好地用作高頻超聲表面波器件的壓電材料。其他二元和多組分壓電陶瓷材料的介電常數為200-1000,正好滿足中等介電常數的要求。


二、通過加工,可獲得適合于制造叉指電極的良好表面。


單晶材料非常致密,并且在諸如切割和拋光的后續處理之后,表面是理想的。壓電陶瓷通常由具有不同成分的粉末材料制成。經過一系列處理,在高溫下燒結,因此其晶粒尺寸和孔徑是用于超聲波表面波裝置的壓電陶瓷材料的主要指標。它不僅決定了材料的光滑度,而且還決定了設備的工作頻率。


三、超聲波面波的傳輸衰減應小。


超聲波表面波傳輸的衰減,與壓電陶瓷材料本身的物理特性和表面狀態有關。如果孔和晶粒太大,則將引起散射損耗,同時晶粒之間振動期間的摩擦損耗也將導致衰減。因此,除了過程處理之外,還必須通過選擇材料來確定。


四、機電耦合系數需盡可能高以提高機電轉換效率。


機電耦合系數反映了壓電材料的機械能和電能之間的轉換效率,這是一個非常重要的指標。不僅與材料的彈性,介電性能和壓電性能密切相關,而且與不同的振動模式也有密切關系。為了提高轉換效率,機電耦合系數越大越好。這也可以減少信號處理期間的能量損失。壓電陶瓷材料的機電耦合系數相對較大,因此這對于壓電陶瓷而言是容易的。


五、溫度特性更好。


為了確保裝置的穩定性,材料的溫度特性應良好,頻率老化率應較小,尤其是聲表面波延遲的溫度系數應盡可能小。這是因為一旦確定了叉指的手指,操作頻率也就固定了,并且叉指的操作頻率和寬度的主要設計基礎,是超聲波表面波延遲時間,即聲速。因此一旦時間延遲改變,工作頻率就會改變,這將導致設備無法正常工作。


六、一致性和重復性更好。


批量生產該設備時,相同材料或同一批次材料的局部區域之間的性能差異應較小,以便設備可以正常工作。這對壓電單晶影響很小,因為壓電單晶材料的稠度和重復性較好,但是壓電陶瓷材料的影響更大。影響材料分散性的主要因素是原材料的分散性,成分的稱重偏差,燒結溫度和時間控制。


壓電陶瓷換能器

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