Какву улогу играју загрејане керамичке плоче у синтеровању вишеслојних пиезоелектричних актуатора?

Сићушни, снажни „мишићи“ који се називају вишеслојни пиезоелектрични актуатори могу да позиционирају сочива, вентиле и полупроводничку опрему са прецизношћу{0}}на нанометарског нивоа. Праве се тако што се слажу стотине ултра-танких керамичких листова, на којима се сито-штампају металне унутрашње електроде, а затим заједно-испаљују целу структуру у густ монолитни блок. Грејна плоча која врши ово синтеровање мора бити модел термичке хомогености.

Термичка униформност у свету производње пиезоелектричних актуатора за синтеровање керамичких плоча није само пожељна – она је неопходна. Чак и мали температурни градијенти на површини печења могу проузроковати искривљење керамичке плоче, ломљење уграђених електрода или индуковати унутрашње механичке напоне који трајно смањују перформансе актуатора.

Зашто је синтеровање важно за пиезоелектричне актуаторе
Керамичке композиције од оловног цирконат титаната (ПЗТ) се широко користе за производњу вишеслојних пиезоелектричних актуатора. Погон је крхко ламинирано "зелено тело" које се састоји од: Пре пуцања,

Танке траке керамичке траке

Лепкови, органски

Растварачи

Штампани су дизајни металних електрода

Интерфејси притиска за ламинацију

Током процеса синтеровања, керамичке честице се стапају и згушњавају, а унутрашње електроде се такође спајају у проводне слојеве.

Потребно је крхки сноп праха и металног мастила и ствара чврсту електро{0}}механичку структуру која може да генерише силу и кретање када се примени електрична енергија.

Улога загрејане керамичке плоче
Врућа плоча је температурна основа система за синтеровање.

Има следеће одговорности:

Механички ослонац актуатора стека

Равномерна дистрибуција топлоте

Смањење топлотних градијента

Стабилизација ватреног окружења

Локализована превенција прегревања

Слојеви актуатора су прилично танки, тако да мала температурна разлика може изазвати неравномерно скупљање током згушњавања.

Ово диференцијално згушњавање може резултирати:

Дисторзија

Бреакинг

Унутрашње празнине

Пилинг електроде

Смањене пиезоелектричне перформансе

Плоча тако служи као термички стабилизатор и уређај за контролу димензија.

Материјали за плоче за синтеровање{0}}при високим температурама
Плоча је обично направљена од ватросталних керамичких материјала способних да издрже продужени контакт са интензивном топлотом.

Алуминијумске керамичке плоче
Често се бира{0}}глиница високе чистоће јер обезбеђује:

Добра термичка стабилност

Висок однос компресије и чврстоће

Изолација за електричну употребу

Отпорност на хемикалије

Отпорност на топлотни удар

Керамички оквир додатно смањује контаминацију ломљивих ПЗТ елемената током сагоревања.

Уграђени грејни елементи
Плоча може имати интегрисане грејне елементе високе температуре, нпр.

Елементи отпорности на молибден

Грејни елементи од силицијум карбида (СиЦ).

Молибден дисилицидни системи

Такви грејни материјали су одабрани због њиховог капацитета да дају стабилан топлотни учинак током више-сатних циклуса синтеровања на температурама изнад 1000 степени.

Екстремна уједначеност температурних захтева
Једна велика потешкоћа у процесу пиезоелектричног актуатора за синтеровање керамичке плоче је постизање високо конзистентне површинске температуре.

Нормалне температуре синтеровања
Тачна температура печења варира у зависности од специфичне керамичке формулације, међутим актуаторски уређаји на бази ПЗТ- обично се синтерују између:

1100 степени и 1300 степени

Ефекти диференцијалног скупљања повећавају мале термичке разлике на овим температурама.

Потребна је термичка прецизност
Циљеви уједначености температуре за индустријске плоче за синтеровање често су унутар:

±1 степен до ±2 степена преко активне површине

Овај критеријум је веома тежак са укљученим веома високим радним температурама.

У пећи, плоча је врела, тиха, потпуно уједначена фаза када сваки керамички слој мора да се скупи заједно.

Превенција савијања и деламинације
Пиезоелектрични актуатори су вишеслојни-и стога имају одређене неуобичајене проблеме са температуром.

Диференцијално поравнање
Ако се једна област гомиле загрева брже од друге:

Стопа скупљања керамике је различита

Акумулација унутрашњих тензија

Долази до изобличења слоја

Чак и најмања одступања у величини могу да утичу на тачност актуатора до крајњег{0}}корисника.

Унутрашња стабилност електроде
Слојеви паладијум{0}}сребрне електроде се постављају између керамичких плоча и треба да синтерују истовремено са околном керамиком.

Неравномерно загревање може довести до:

Размак између електрода

Пилинг слојева.

Пауза

Губитак проводљивости

Смањена електромеханичка спрега

Стога је одржавање уједначених топлотних услова у целом димњаку кључно и за структуралне и за електричне перформансе.

Зашто користити високу топлотну масу?
Плоче за синтеровање су дизајниране да имају значајну запремину и термичку инерцију.

Предности високе топлотне инерције
Велика термичка маса помаже:

Уклоните температурне флуктуације

Отпор на брзе термичке поремећаје

Глатки утицаји циклуса грејања

Услови активирања одржавајте доследним за дуготрајно{0}}окидање

Ова стабилност је посебно значајна јер циклуси пезоелектричног печења могу трајати много сати и укључују:

Постепено повећање{0}}

Фазе сагоревања везива{0}}

Време намакања на високој температури

Споро регулисани циклуси хлађења

Велика керамичка плоча ради као термички замајац за цео процес пећи.

Управљање атмосфером у синтеровању
Окружење синтеровања значајно утиче на понашање и керамике и електроде.

Контролисане атмосфере
Поступак може да функционише у: На основу хемикалије актуатора

Ваздух.

Азот

Мешавине инертног гаса у контроли

Атмосфере контролисане кисеоником

Плоча мора бити хемијски стабилна у свим наведеним условима ваздуха.

Хемијска инертност је кључна
Пара оловног оксида може се емитовати из ПЗТ керамике која садржи олово на високим температурама.

Ако ове паре реагују са плочом или грејним елементима:

Може бити присутна контаминација

Убрзана деградација грејача

Површинска хемија се дестабилизује

Ватростална керамика и хемијски отпорни системи грејања су стога саставни делови склопа плоче.

Контролна напомена
Термичка стабилност користи више{0}}зонску ПИД контролу
Модерне плоче за синтеровање се генерално контролишу помоћу више{0}}зонских ПИД температурних система са унапред програмираним термичким профилима.

Ова архитектура обезбеђује:

Независна контрола појединачних површина плоча

Компензација ивичног губитка топлоте

Тачна стопа-управљања-променама

Стабилна контрола температуре намакања

Сам термални профил је пажљиво дизајниран да:

Уклањање везива

Синтеровање керамике

Заједничко{0}}паљење електрода

Контролисано хлађење: ослобађање од стреса

Напредни системи могу да користе неколико термопарова постављених по целој структури плоче да обезбеде континуирану проверу униформности током рада.

Проблеми дизајна плоча-великих површина
Како се обим производње актуатора повећава, постаје све изазовније постићи уједначене перформансе на већим површинама плоче.

Ефекти хлађења на ивици
У зависности од примењене тактике зонирања, губитак топлоте на периферији плоче може довести до хладних тачака.

Мецханицал Флатнесс
Плоча мора бити димензионално стабилна, чак и када се више пута окреће до температура већих од 1200 степени.

Компатибилност са термичком експанзијом
Комбинације материјала које се користе у склопу плоче морају бити способне да преживе поновљено ширење и скупљање без пуцања или изобличења.

Као резултат свих ових разматрања, плоче за синтеровање-високих перформанси су међу најкомплекснијим термичким компонентама које се користе у производњи прецизне керамике.

Закључак
Загрејана керамичка плоча је основни алат за високе температуре који претвара деликатну ламинирану гомилу керамичког праха и металног мастила у моћан, изузетно прецизан пиезоелектрични актуатор. Плоча обезбеђује одличну топлотну хомогеност током синтеровања тако да се керамичко тело и имплантирани слојеви електроде згушњавају заједно без савијања, пуцања или деламинације.

Ове плоче су направљене од ватросталне керамике попут глинице и загревају се молибденом или силицијум карбидним елементима уметнутим у њих. Они раде на температурама које често прелазе 1100 степени и обезбеђују уједначеност температуре по површини у року од неколико степени. Њихова велика термичка маса, хемијска инертност и напредни системи контроле више{3}}зона обезбеђују стабилност потребну за осетљив, вишесатни- процес печења.

Добро{0}}контролисани температурни услови генерално обезбеђују најмања и најпрецизнија механичка кретања у софистицираним производним системима. У производњи полупроводника, најбољи покрети почињу са најбеспрекорно регулисаном топлотом.