Kokį vaidmenį šildomos keraminės plokštės vaidina sukepinant daugiasluoksnes pjezoelektrines pavaras?

Maži, galingi „raumenys“, vadinami daugiasluoksnėmis pjezoelektrinėmis pavaromis, gali padėti lęšius, vožtuvus ir puslaidininkinę įrangą nanometro{0}}lygio tikslumu. Jie gaminami sukraunant šimtus itin-plonų keraminių lakštų, ant kurių atspausdinami metaliniai vidiniai elektrodai šilkografija-, o tada bendrai{4}}sudeginama visa konstrukcija į tankų monolitinį bloką. Šildymo plokštė, kuri atlieka šį sukepinimą, turi būti šiluminio homogeniškumo modelis.

Šiluminis vienodumas šildomų keraminių plokščių sukepinimo pjezoelektrinių pavarų gamybos pasaulyje yra ne tik pageidautinas – tai būtina. Net ir nedideli temperatūros gradientai degimo paviršiuje gali sukelti keramikos kamino deformaciją, lūžti įterptus elektrodus arba sukelti vidinius mechaninius įtempimus, kurie visam laikui pablogina pavaros veikimą.

Kodėl sukepinimas yra svarbus pjezoelektrinėms pavaroms
Švino cirkonato titanato (PZT) keramikos kompozicijos plačiai naudojamos daugiasluoksnėms pjezoelektrinėms pavaroms gaminti. Pavara yra trapus laminuotas „žalias korpusas“, kurį sudaro: Prieš paleidžiant,

Plonos keraminės juostos juostelės

Klijai, Ekologiški

Tirpikliai

Atspausdinti metaliniai elektrodų dizainai

Slėgio sąsajos laminavimui

Sukepinimo proceso metu keraminės dalelės susilieja ir tankėja, o vidiniai elektrodai taip pat sulydomi į laidžius sluoksnius.

Tai paima trapią miltelių ir metalinio rašalo šūsnį ir sukuria standžią elektro{0}}mechaninę struktūrą, kuri gali generuoti jėgą ir judėti, kai įjungiama elektra.

Šildomos keraminės plokštės vaidmuo
Kaitinimo plokštė yra sukepinimo sistemos temperatūros bazė.

Ji turi šias pareigas:

Mechaninė kamino pavaros atrama

Vienodas šilumos paskirstymas

Šiluminių gradientų mažinimas

Šaudymo aplinkos stabilizavimas

Lokalizuota perkaitimo prevencija

Pavaros sluoksniai yra gana ploni, todėl nedidelis temperatūrų skirtumas gali sukelti netolygų susitraukimą tankinimo metu.

Šis skirtingas tankinimas gali sukelti:

Iškraipymas

Lūžęs

Vidiniai tarpai

Elektrodo lupimas

Sumažėjęs pjezoelektrinis našumas

Taigi plokštelė tarnauja kaip terminis stabilizatorius ir matmenų valdymo įtaisas.

Aukštos{0}}temperatūros sukepinimo plokščių medžiagos
Plokštelė dažniausiai gaminama iš ugniai atsparių keraminių medžiagų, galinčių atlaikyti ilgalaikį kontaktą su stipria šiluma.

Aliuminio keramikos plokštės
Labai{0}}grynas aliuminio oksidas dažnai pasirenkamas, nes jis suteikia:

Geras terminis stabilumas

Aukštas suspaudimo ir stiprumo santykis

Izoliacija elektros naudojimui

Atsparumas chemikalams

Atsparumas šiluminiam smūgiui

Keraminis karkasas dar labiau sumažina trapių PZT elementų užteršimą degimo metu.

Integruoti šildymo elementai
Plokštelėje gali būti integruoti aukštos temperatūros kaitinimo elementai, pvz.:

Molibdeno atsparumo elementai

Silicio karbido (SiC) kaitinimo elementai

Molibdeno disilicidų sistemos

Tokios kaitinimo medžiagos buvo parinktos atsižvelgiant į jų gebėjimą užtikrinti stabilią šiluminę galią per kelių valandų sukepinimo ciklus, kai temperatūra viršija 1000 laipsnių.

Ypatingas temperatūros reikalavimų vienodumas
Vienas iš pagrindinių šildomų keraminių plokščių sukepinimo pjezoelektrinės pavaros proceso sunkumų yra pasiekti labai pastovią paviršiaus temperatūrą.

Normalios sukepinimo temperatūros
Tiksli degimo temperatūra priklauso nuo konkrečios keramikos sudėties, tačiau PZT{0}}pagrindiniai pavaros įtaisai paprastai sukepinami tarp:

1100 laipsnių ir 1300 laipsnių

Diferencinis susitraukimo efektas padidina nedidelius šiluminius neatitikimus esant tokioms temperatūroms.

Reikalingas terminis tikslumas
Pramoninių sukepinimo plokščių temperatūros vienodumo tikslai dažnai yra:

±1–±2 laipsnių virš aktyvaus paviršiaus

Šis kriterijus yra labai griežtas, atsižvelgiant į labai aukštą darbo temperatūrą.

Krosnyje plokštelė yra karšta tyli visiškai vienoda stadija, kai kiekvienas keramikos sluoksnis turi trauktis kartu.

Kreipimosi ir delaminacijos prevencija
Pjezoelektrinės pavaros yra daugiasluoksnės{0}}ir todėl susiduria su tam tikromis neįprastomis temperatūros problemomis.

Diferencinis atsiskaitymas
Jei viena kamino sritis įkaista greičiau nei kita:

Keramikos susitraukimo greitis skiriasi

Vidinių įtampų kaupimasis

Atsiranda sluoksnio iškraipymas

Net ir mažiausi dydžio nukrypimai gali turėti įtakos pavaros tikslumui galutiniam{0}}vartotojui.

Vidinis elektrodo stabilumas
Paladžio{0}}sidabro elektrodo sluoksniai dedami tarp keraminių lakštų ir turi sukepti tuo pačiu metu kaip ir aplinkinė keramika.

Netolygus šildymas gali sukelti:

Elektrodo tarpas

Sluoksnių lupimas.

Pertrauka

Laidumo praradimas

Sumažintas elektromechaninis sujungimas

Taigi, vienodų šiluminių sąlygų palaikymas visame kamiene yra labai svarbus tiek struktūriniam, tiek elektriniam veikimui.

Kodėl verta naudoti didelę šiluminę masę?
Sukepinimo plokštės suprojektuotos taip, kad turėtų didelę tūrį ir šiluminę inerciją.

Didelės šiluminės inercijos pranašumai
Didelė šiluminė masė padeda:

Pašalinkite temperatūros svyravimus

Atsparus greitiems šiluminiams trikdžiams

Sklandus šildymo ciklo poveikis

Išlaikykite vienodas šaudymo sąlygas, kad{0}}šautumėte ilgą laiką

Šis stabilumas ypač svarbus, nes pjezoelektrinio degimo ciklai gali trukti daug valandų ir apima:

Laipsniškas pakilimas{0}}

Rišiklio perdegimo-etapai

Mirkymo laikas aukštoje temperatūroje

Lėtai reguliuojami aušinimo ciklai

Didelė keraminė plokštelė veikia kaip terminis smagratis visam krosnies procesui.

Atmosferos valdymas sukepinant
Sukepinimo aplinka iš esmės veikia tiek keramikos, tiek elektrodo elgesį.

Kontroliuojamos atmosferos
Procedūra gali būti taikoma: Pavaros cheminės medžiagos pagrindu

Oras.

Azotas

Inertinių dujų mišiniai valdomi

Deguonies kontroliuojama atmosfera

Plokštelė turi būti chemiškai stabili visomis nurodytomis oro sąlygomis.

Cheminis inertiškumas yra labai svarbus
Iš švino turinčios PZT keramikos aukštoje temperatūroje gali išsiskirti švino oksido garai.

Jei šie garai reaguoja su plokštele arba kaitinimo elementais:

Gali būti užteršimo

Pagreitintas šildytuvo gedimas

Paviršiaus chemija destabilizuoja

Todėl ugniai atspari keramika ir chemiškai atsparios šildymo sistemos yra neatsiejami plokščių mazgo komponentai.

Kontrolės pastaba
Terminis stabilumas naudoja kelių{0}}zonų PID valdymą
Šiuolaikinės sukepinimo plokštės paprastai valdomos kelių{0}}zonų PID temperatūros sistemomis su iš anksto užprogramuotais šiluminiais profiliais.

Ši architektūra numato:

Nepriklausomas atskirų plokščių sričių valdymas

Krašto šilumos nuostolių kompensavimas

Tikslus{0}}pakeitimų valdymo- rodiklis

Stabilus mirkymo temperatūros valdymas

Pats terminis profilis yra kruopščiai suprojektuotas taip, kad:

Rišiklio pašalinimas

Keramikos sukepinimas

Bendras elektrodų{0}deginimas

Kontroliuojamas aušinimas: streso mažinimas

Pažangiose sistemose gali būti naudojamos kelios termoporos, išdėstytos visoje plokštelės konstrukcijoje, kad būtų užtikrintas nuolatinis vienodumo patikrinimas veikimo metu.

Didelės{0}}plokštelės projektavimo problemos
Didėjant pavarų mechanizmų gamybos apimčiai, tampa vis sunkiau pasiekti vienodą veikimą didesniuose plokščių plotuose.

Vėsinimo efektai krašte
Priklausomai nuo naudojamos zonavimo taktikos, dėl šilumos praradimo plokštelės periferijoje gali atsirasti šaltų dėmių.

Mechaninis lygumas
Plokštelės matmenys turi būti stabilūs, net kai ji daug kartų perkeliama iki aukštesnės nei 1200 laipsnių temperatūros.

Šiluminio plėtimosi suderinamumas
Medžiagų deriniai, naudojami plokščių sąrankoje, turi atlaikyti pakartotinį plėtimąsi ir susitraukimą be įtrūkimų ar iškraipymų.

Dėl visų šių svarstymų didelio našumo{0}}sukepinimo plokštės yra vieni iš sudėtingiausių šiluminių komponentų, naudojamų precizinės keramikos gamyboje.

Išvada
Šildoma keraminė plokštelė yra pagrindinis aukštos temperatūros įrankis, kuris subtilų laminuotą keramikos miltelių ir metalinio rašalo krūvą paverčia galinga, itin tikslia pjezoelektrine pavara. Plokštelė užtikrina puikų šilumos homogeniškumą sukepinimo metu, todėl keraminis korpusas ir implantuotų elektrodų sluoksniai sutankina kartu, nesikreipdami, įtrūkdami ar nesisluoksniuodami.

Šios plokštės yra pagamintos iš ugniai atsparios keramikos, pvz., aliuminio oksido, ir šildomos į jas įterptais molibdeno arba silicio karbido elementais. Jie dirba aukštesnėje nei 1100 laipsnių temperatūroje ir užtikrina vienodą temperatūrą visame paviršiuje kelių laipsnių ribose. Jų didelė šiluminė masė, cheminis inertiškumas ir pažangios kelių-zonų valdymo sistemos užtikrina stabilumą, reikalingą jautriam, kelių valandų{5}}degimo procesui.

Gerai-kontroliuojamos temperatūros sąlygos paprastai užtikrina mažiausius ir tiksliausius mechaninius judesius sudėtingose ​​gamybos sistemose. Puslaidininkių gamyboje geriausi judesiai prasideda nuo nepriekaištingai reguliuojamos šilumos.