Millist rolli mängivad kuumutatud keraamilised plaadid mitmekihiliste piesoelektriliste ajamite paagutamisel?
Jäta sõnum
Väikesed võimsad "lihased", mida nimetatakse mitmekihilisteks piesoelektrilisteks täiturmehhanismideks, võivad positsioneerida läätsi, klappe ja pooljuhtseadmeid nanomeetri{0}}taseme täpsusega. Nende valmistamiseks pannakse virna sadu üli-õhukesi keraamilisi lehti, millele prinditakse siidi-sisemised metallist elektroodid ja seejärel põletatakse kogu konstruktsioon tihedaks monoliitseks plokiks. Seda paagutamist teostav kuumutusplaat peab olema termilise homogeensuse mudel.
Termiline ühtlus kuumutatud keraamiliste plaatide paagutamise piesoelektriliste täiturmehhanismide tootmise maailmas pole mitte ainult soovitav – see on kohustuslik. Isegi väikesed temperatuurigradiendid põletuspinnal võivad põhjustada keraamilise virna kõverdumist, sisseehitatud elektroodide purunemist või sisemisi mehaanilisi pingeid, mis halvendavad püsivalt täiturmehhanismi jõudlust.
Miks on paagutamine piesoelektriliste ajamite jaoks oluline?
Plii tsirkonaattitanaadi (PZT) keraamilisi kompositsioone kasutatakse laialdaselt mitmekihiliste piesoelektriliste ajamite valmistamiseks. Täiturmehhanism on habras lamineeritud "roheline korpus", mis koosneb: Enne süütamist,
Õhukesed keraamilise teibi ribad
Liimid, orgaanilised
Lahustid
Metallist elektroodide kujundused on trükitud
Surve liidesed lamineerimiseks
Paagutamise käigus keraamilised osakesed sulanduvad ja tihenevad ning ka siseelektroodid sulatatakse juhtivateks kihtideks.
See võtab hapra virna pulbrit ja metallist tinti ning loob jäiga elektro-mehaanilise struktuuri, mis võib elektri rakendamisel tekitada jõudu ja liikumist.
Kuumutatud keraamilise plaadi roll
Kuumplaat on paagutamissüsteemi temperatuurialus.
Sellel on järgmised kohustused:
Virna täiturmehhanismi mehaaniline tugi
Ühtlane soojusjaotus
Termiliste gradientide vähendamine
Laskekeskkonna stabiliseerimine
Lokaliseeritud ülekuumenemise vältimine
Täiturmehhanismi kihid on üsna õhukesed, mistõttu võib väike temperatuuride erinevus tihendamisel põhjustada ebaühtlast kokkutõmbumist.
See erinev tihedus võib põhjustada:
Moonutused
Purunemine
Sisemised lüngad
Elektroodi koorimine
Piesoelektrilise jõudluse vähenemine
Seega toimib plaat termilise stabilisaatori ja mõõtmete reguleerimise seadmena.
Materjalid kõrgtemperatuuriliste{0}}paagutamisplaatide jaoks
Plaat on tavaliselt valmistatud tulekindlast keraamilisest materjalist, mis talub pikaajalist kokkupuudet intensiivse kuumusega.
Alumiiniumoksiidi keraamilised plaadid
Kõrge{0}}puhtusastmega alumiiniumoksiidi valitakse sageli, kuna see annab:
Hea termiline stabiilsus
Kõrge surve ja tugevuse suhe
Isolatsioon elektriliseks kasutamiseks
Vastupidavus kemikaalidele
Soojuslöögikindlus
Keraamiline karkass vähendab veelgi habraste PZT elementide saastumist põletamise ajal.
Plaadil võivad olla integreeritud kõrge temperatuuriga kütteelemendid, nt:
Molübdeeni vastupidavuse elemendid
Ränikarbiidist (SiC) kütteelemendid
Molübdeendisilitsiidisüsteemid
Sellised küttematerjalid on valitud nende võime järgi anda stabiilset soojusvõimsust mitmetunniste paagutamistsüklite jooksul üle 1000 kraadise temperatuuri juures.
Temperatuurinõuete äärmine ühtlus
Üks peamisi raskusi kuumutatud keraamilise plaadi paagutamise piesoelektrilise ajamiga protsessis on saavutada väga ühtlane pinnatemperatuur.
Normaalsed paagutamistemperatuurid
Täpne põletustemperatuur sõltub konkreetsest keraamilisest koostisest, kuid PZT{0}}põhised täiturseadmed paagutatakse tavaliselt:
1100 kraadi ja 1300 kraadi
Diferentsiaalsed kokkutõmbumisefektid suurendavad nendel temperatuuridel kergeid termilisi erinevusi.
Nõutav termiline täpsus
Tööstuslike paagutamisplaatide temperatuuri ühtluse eesmärgid jäävad sageli järgmistesse piiridesse:
±1 kuni ±2 kraadi aktiivse pinna kohal
See kriteerium on väga kõrge töötemperatuuri tõttu väga karm.
Ahjus on plaat kuum vaikne täiesti ühtlane staadium, mil iga keraamiline kiht peab kokku tõmbuma.
Koolutamise ja kihistumise vältimine
Piesoelektrilised ajamid on mitmekihilised{0}}ja seetõttu esineb neil teatud ebatavalisi temperatuuriprobleeme.
Diferentsiaalne arveldus
Kui üks virna ala kuumeneb kiiremini kui teine:
Keraamika kokkutõmbumise määr on erinev
Sisemiste pingete kuhjumine
Tekib kihi moonutus
Isegi väikseimad kõrvalekalded suuruses võivad mõjutada täiturmehhanismi täpsust-lõppkasutajale.
Sisemine elektroodi stabiilsus
Pallaadium-hõbeelektroodikihid asetatakse keraamiliste lehtede vahele ja need peaksid paagutama samal ajal kui ümbritsev keraamika.
Ebaühtlane kuumutamine võib põhjustada:
Elektroodi vahe
Kihtide koorimine.
Katkesta
Juhtivuse kaotus
Elektromehaaniline sidestus vähenenud
Seega on ühtsete termiliste tingimuste säilitamine kogu korstna ulatuses ülioluline nii konstruktsiooni kui ka elektrilise jõudluse jaoks.
Miks kasutada kõrget soojusmassi?
Paagutamisplaadid on konstrueeritud nii, et neil oleks märkimisväärne mahu- ja termiline inerts.
Kõrge termilise inertsi eelised
Suur soojusmass aitab:
Kõrvaldage temperatuuri kõikumised
Vastupidavus kiiretele soojushäiretele
Sujuv küttetsükli mõju
Pikaajaliseks{0}}tulistamiseks hoidke põlemistingimused ühtsed
See stabiilsus on eriti oluline, kuna piesoelektrilised põletustsüklid võivad kesta mitu tundi ja hõlmavad järgmist:
Järkjärguline{0}}tõusmine
Sideaine läbipõlemise-etapid
Leotamisajad kõrgel temperatuuril
Aeglased reguleeritud jahutustsüklid
Suur keraamiline plaat töötab termilise hoorattana kogu ahjuprotsessi vältel.
Atmosfääri juhtimine paagutamisel
Paagutamise keskkond mõjutab oluliselt nii keraamika kui ka elektroodi käitumist.
Kontrollitud atmosfäärid
Protseduur võib toimida: Täiturmehhanismi kemikaali baasil
Õhk.
Lämmastik
Inertgaasi segud kontrolli all
Kontrollitud hapnikuga atmosfäär
Plaat peab olema keemiliselt stabiilne kõigis näidatud õhutingimustes.
Keemiline inertsus on ülioluline
Pliid sisaldavast PZT-keraamikast võib kõrgetel temperatuuridel eralduda pliioksiidi auru.
Kui need aurud reageerivad plaadi või kütteelementidega:
Võib esineda saastumist
Küttekeha kiirenenud lagunemine
Pinna keemia destabiliseerib
Tulekindel keraamika ja keemiliselt vastupidavad küttesüsteemid on seetõttu plaadikoostu lahutamatud komponendid.
Juhtmärkus
Termiline stabiilsus kasutab mitme{0}}tsooni PID-kontrolli
Kaasaegseid paagutamisplaate juhitakse üldiselt eelprogrammeeritud termoprofiilidega mitmetsooniliste PID-temperatuurisüsteemidega.
See arhitektuur näeb ette:
Üksikute plaadialade sõltumatu juhtimine
Serva soojuskao kompenseerimine
Täpne muudatuste haldamise-määr-
Leotustemperatuuri stabiilne kontroll
Termoprofiil ise on hoolikalt kavandatud selleks, et:
Sideaine eemaldamine
Keraamika paagutamine
Elektroodide kaas{0}}põletamine
Kontrollitud jahutus: stressi leevendamine
Täiustatud süsteemid võivad kasutada mitut termopaari, mis on paigutatud kogu plaadi konstruktsiooni, et tagada töötamise ajal pidev ühtlus.
Probleemid suure{0}}pindala plaadikujundusega
Kuna täiturmehhanismide tootmismahud suurenevad, muutub suurematel plaadipindadel ühtlase jõudluse saavutamine üha keerulisemaks.
Jahutusefektid äärel
Sõltuvalt kasutatavast tsoneerimise taktikast võib soojuskadu plaadi perifeerias põhjustada külmi kohti.
Mehaaniline lamedus
Plaat peab olema mõõtmetelt stabiilne, isegi kui seda on korduvalt töötatud temperatuurini, mis ületab 1200 kraadi.
Soojuspaisumise ühilduvus
Plaadikoosseisus kasutatavad materjalikombinatsioonid peavad taluma korduvat paisumist ja kokkutõmbumist ilma pragude või moonutusteta.
Kõigi nende kaalutluste tulemusena on suure jõudlusega{0}}paagutamisplaadid täppiskeraamika valmistamisel kasutatavate kõige keerukamate termiliste komponentide hulgas.
Järeldus
Soojendusega keraamiline plaat on oluline kõrge temperatuuriga tööriist, mis muudab õrna lamineeritud keraamilise pulbri ja metallilise tindi virna võimsaks, äärmiselt täpseks piesoelektriliseks ajamiks. Plaat tagab paagutamise ajal suurepärase kuumuse homogeensuse, nii et keraamiline korpus ja implanteeritud elektroodikihid tihenevad koos ilma kõverdumise, pragunemise või kihistumiseta.
Need plaadid on valmistatud tulekindlast keraamikast nagu alumiiniumoksiid ja neid kuumutatakse neisse sisestatud molübdeeni või ränikarbiidi elementidega. Need töötavad temperatuuridel, mis sageli üle 1100 kraadi ja tagavad ühtlase temperatuuri kogu pinnal mõne kraadi piires. Nende suur termiline mass, keemiline inertsus ja täiustatud mitmetsoonilised juhtimissüsteemid tagavad stabiilsuse, mis on vajalik tundlikuks ja mitmetunniseks{5}}põletusprotsessiks.
Hästi-kontrollitud temperatuuritingimused pakuvad keerukates tootmissüsteemides üldiselt väikseimaid ja täpsemaid mehaanilisi liikumisi. Pooljuhtide valmistamisel algavad parimad liigutused kõige veatumalt reguleeritud kuumusest.
