PZT8 im Vergleich zu PZT4 piezokeramischen Werkstoffen

- Apr 13, 2019-

Die Wellengeschwindigkeit c und der mechanische Qualitätsfaktor Qm sind für die nicht zusammengebaute PZT4-Platte niedriger, aber der montierte Wandler unterscheidet sich kaum von PZT8. Die Resonanzfrequenz und die parasitären Moden werden vom Titan-Wandlerkörper dominiert, der Qm wird jedoch von Verlusten an den Verbindungsflächen und nicht von der Piezokeramik dominiert. Die Impedanz Z ist für PZT4 um ~ 20 bis 30% niedriger, der Verlustfaktor DF ist jedoch etwas höher; der höhere DF kann zu mehr interner Erwärmung aufgrund von dielektrischen Verlusten in den Piezos beim Resonanzantrieb führen. Der empfohlene Vorspannungsbereich für PZT4 liegt bei 44 MPa bis 96 MPa, aber nach 70 ° C Wärmebehandlung bei 96 MPa, aber nicht bei 44 MPa, ist eine signifikante Depolierung (niedrigeres k) zu beobachten. PZT4 kann bei höheren Vorspannungen einige Vorteile in Bezug auf den verbesserten Qm haben, aber PZT4 scheint bei höherer Belastung weniger tolerant zu sein als PZT8 (kann den Antrieb mit maximaler Amplitude des Werkzeugs begrenzen). Die Stromverstärkung (CG) und die Spannungsverstärkung (VG) für PZT4 sind mit PZT8 vergleichbar. Für PZT4 gegenüber PZT8 bei 44 MPa ist die Stromverstärkung geringer, die Spannungsverstärkung jedoch höher. Für PZT4 gegenüber PZT8 bei 96 MPa sind Stromverstärkung und Spannungsverstärkung höher. Die höhere Vorlast bei 96 MPa reduzierte k signifikant, was den CG erhöhte, und erhöhte Qm (dh weniger Gelenkverluste), was VG erhöhte. Die kurzfristige Stromverstärkungsstabilität ist bei PZT4 sowohl bei 44MPa als auch bei 96MPa Vorbelastungen schlechter. Zusätzliche Langzeittests sind erforderlich, aber PZT4 stabilisiert sich schließlich, wenn auch in 2-3 mal längerer Zeit als PZT8 (dh 5 Tage gegenüber ~ 1 Monat). Die Leistungsverstärkung (PG) ist für PZT4 bei 44 MPa ungefähr gleich, bei 96 MPa jedoch besser. PZT4 hat möglicherweise den Vorteil einer geringeren internen Erwärmung pro gegebener PLL-Antriebsamplitude des Werkzeugs. Die Daten der thermischen IR-Bildgebungskamera zeigten, dass PZT4 bei 96 MPa 7% kühler lief, WKDQ3 = 7 IRUWKHVDPH ȝPGULYHDPSOLWXGH im stationären Zustand. Die FEA-Ergebnisse zeigten jedoch für PZT4 keinen Vorteil gegenüber PG, wenn derselbe Qm angenommen wurde, aber die zusammengebauten PZT4-Wandler zeigten einen höheren Qm. Es ist zu beachten, dass der für die PZT4-Wandler erkennbare höhere Qm immer noch im normalen Bereich der PZT8-Wandler liegt (wenn auch im oberen Bereich), so dass leichte mechanische Unterschiede (z. B. Ebenheit) an den Verbindungsstellen nicht ausgeschlossen werden können (Sherman et al al., 2009, Stansfield, 1991, Wilson, 1991). Insgesamt kann PZT4 für einige Anwendungen ein hervorragender Ersatz sein. Die Betriebsfrequenz und der parasitäre Modenabstand für PZT4 sind nahezu identisch mit PZT8 (für Titankörper), und die Strom- und Spannungsverstärkungen sind ebenfalls vergleichbar. PZT4 ist am besten für Ultraschallanwendungen mit kontinuierlicher Ansteuerung geeignet, bei denen die Verstärkungsstabilität, die maximale Ansteuerungsamplitude weniger wichtig ist und weniger Erwärmung und niedrigere Impedanz wünschenswerter sind. Es kann jedoch eine höhere Vorlast erforderlich sein, um die reduzierten Heizvorteile bei PZT4 zu sehen, da 96MPa bei 96MPa besser als PZT8 war, aber 44MPa ungefähr gleich waren.