Kāda loma ir apsildāmām keramikas plāksnēm daudzslāņu pjezoelektrisko izpildmehānismu saķepināšanā?

Sīki, spēcīgi "muskuļi", ko sauc par daudzslāņu pjezoelektriskiem izpildmehānismiem, var novietot lēcas, vārstus un pusvadītāju iekārtas ar nanometru{0}}līmeņa precizitāti. Tie ir izgatavoti, sakraujot simtiem īpaši -plānu keramikas lokšņu, uz kurām tiek uzdrukāti metāliski iekšējie elektrodi, un pēc tam kopā{4}}apdedzina visu konstrukciju blīvā monolītā blokā. Sildīšanas plāksnei, kas veic šo saķepināšanu, jābūt termiskās viendabības modelim.

Termiskā viendabība apsildāmās keramikas plākšņu saķepināšanas pjezoelektrisko izpildmehānismu ražošanas pasaulē ir ne tikai vēlama – tā ir obligāta prasība. Pat nelieli temperatūras gradienti apdedzināšanas virsmā var izraisīt keramikas kaudzes deformāciju, iegulto elektrodu lūzumu vai iekšēju mehānisku spriegumu, kas neatgriezeniski pasliktina izpildmehānisma veiktspēju.

Kāpēc saķepināšana ir svarīga pjezoelektriskajiem izpildmehānismiem?
Svina cirkonāta titanāta (PZT) keramikas kompozīcijas tiek plaši izmantotas daudzslāņu pjezoelektrisko izpildmehānismu ražošanā. Izpildmehānisms ir trausls laminēts "zaļš korpuss", kas sastāv no: Pirms apdedzināšanas,

Plānas keramikas lentes sloksnes

Līmes, organiskās

Šķīdinātāji

Tiek drukāti metāliski elektrodu dizaini

Spiediena saskarnes laminēšanai

Saķepināšanas procesā keramikas daļiņas saplūst un sablīvē, un arī iekšējie elektrodi tiek sapludināti vadošos slāņos.

Tas aizņem trauslu pulvera un metāliskas tintes kaudzi un izveido stingru elektro-mehānisko struktūru, kas var radīt spēku un kustību, kad tiek pielietota elektrība.

Apsildāmās keramikas plāksnes loma
Karstā plāksne ir saķepināšanas sistēmas temperatūras bāze.

Tam ir šādi pienākumi:

Skursteņa izpildmehānisma mehāniskais atbalsts

Vienmērīga siltuma sadale

Termisko gradientu samazināšana

Apdedzināšanas vides stabilizēšana

Lokalizēta pārkaršanas novēršana

Izpildmehānisma slāņi ir diezgan plāni, tāpēc neliela temperatūras starpība var izraisīt nevienmērīgu saraušanos blīvēšanas laikā.

Šī diferenciālā blīvuma rezultātā var rasties:

Izkropļojumi

Laušana

Iekšējās spraugas

Elektrodu pīlings

Samazināta pjezoelektriskā veiktspēja

Tādējādi plāksne kalpo kā termiskais stabilizators un izmēru kontroles ierīce.

Materiāli augstas{0}}temperatūras saķepināšanas plāksnēm
Plāksne parasti ir izgatavota no ugunsizturīgiem keramikas materiāliem, kas spēj izturēt ilgstošu saskari ar intensīvu karstumu.

Alumīnija oksīda keramikas plāksnes
Augstas-tīrības alumīnija oksīds bieži tiek izvēlēts, jo tas nodrošina:

Laba termiskā stabilitāte

Augsta saspiešanas attiecība pret stiprību

Izolācija elektriskai lietošanai

Izturība pret ķīmiskām vielām

Termiskā triecienizturība

Keramikas karkass vēl vairāk samazina trauslo PZT elementu piesārņojumu degšanas laikā.

Iegultie sildelementi
Plāksnei var būt integrēti augstas temperatūras sildelementi, piemēram:

Molibdēna pretestības elementi

Silīcija karbīda (SiC) sildelementi

Molibdēna disilicīdu sistēmas

Šādi sildīšanas materiāli ir izvēlēti, ņemot vērā to spēju nodrošināt stabilu siltuma jaudu vairāku -stundu saķepināšanas ciklos temperatūrā virs 1000 grādiem.

Temperatūras prasību ārkārtēja viendabība
Viena no galvenajām grūtībām apsildāmās keramikas plākšņu saķepināšanas pjezoelektriskā izpildmehānisma procesā ir panākt ļoti konsekventu virsmas temperatūru.

Normālas saķepināšanas temperatūras
Precīza apdedzināšanas temperatūra atšķiras atkarībā no konkrētās keramikas sastāva, tomēr PZT{0}}pavadierīces parasti tiek saķepinātas starp:

1100 grādi un 1300 grādi

Diferenciālie saraušanās efekti palielina nelielas termiskās atšķirības šajās temperatūrās.

Nepieciešama termiskā precizitāte
Temperatūras vienmērīguma mērķi rūpnieciskajām saķepināšanas plāksnēm bieži vien ir:

±1 līdz ±2 grādiem virs aktīvās virsmas

Šis kritērijs ir ļoti stingrs ar ļoti augstu darba temperatūru.

Krāsnī plāksne ir karsts, kluss, pilnīgi vienmērīgs posms, kad katram keramikas slānim ir jāsaraujas unisonā.

deformācijas un atslāņošanās novēršana
Pjezoelektriskie izpildmehānismi ir daudzslāņu{0}}, un tāpēc tiem ir dažas neparastas temperatūras problēmas.

Diferenciālais norēķins
Ja viens skursteņa apgabals uzsilst ātrāk nekā cits:

Keramikas saraušanās ātrums ir atšķirīgs

Iekšējās spriedzes uzkrāšanās

Rodas slāņa izkropļojumi

Pat mazākās izmēru novirzes var ietekmēt izpildmehānisma precizitāti līdz gala lietotājam.

Iekšējā elektrodu stabilitāte
Palādija -sudraba elektrodu slāņi ir novietoti starp keramikas loksnēm, un tiem jāsaķepinās vienlaikus ar apkārtējo keramiku.

Nevienmērīga apkure var izraisīt:

Elektrodu sprauga

Slāņu pīlings.

Pārtraukums

Vadības zudums

Samazināta elektromehāniskā sakabe

Tādējādi vienmērīgu termisko apstākļu uzturēšana visā kaudzē ir ļoti svarīga gan konstrukcijas, gan elektriskās veiktspējas nodrošināšanai.

Kāpēc izmantot augstu termisko masu?
Saķepināšanas plāksnes ir konstruētas tā, lai tām būtu ievērojama tilpuma un termiskā inerce.

Augstas termiskās inerces priekšrocības
Liela termiskā masa palīdz:

Novērst temperatūras svārstības

Izturieties pret ātriem termiskiem traucējumiem

Vienmērīga apkures cikla ietekme

Saglabājiet konsekventus aktivizēšanas apstākļus, lai{0}}uzliesmotu ilgu laiku

Šī stabilitāte ir īpaši nozīmīga, jo pjezoelektriskie apdedzināšanas cikli var ilgt vairākas stundas un ietver:

Pakāpeniski{0}}paaugstinājumi

Saistvielas izdegšanas-posmi

Mērcēšanas laiki augstā temperatūrā

Lēni regulēti dzesēšanas cikli

Lielā keramikas plāksne darbojas kā termiskais spararats visam krāsns procesam.

Atmosfēras vadība saķepināšanas procesā
Saķepināšanas vide būtiski ietekmē gan keramikas, gan elektroda uzvedību.

Kontrolēta atmosfēra
Procedūra var darboties: Uz izpildmehānisma ķīmiskās vielas bāzes

Gaiss.

Slāpeklis

Inerto gāzu maisījumi kontrolē

Skābekļa kontrolēta atmosfēra

Plāksnei ir jābūt ķīmiski stabilai visos norādītajos gaisa apstākļos.

Ķīmiskā inerce ir izšķiroša
Svina oksīda tvaiki var izdalīties no svinu saturošas PZT keramikas augstās temperatūrās.

Ja šie tvaiki reaģē ar plāksni vai sildelementiem:

Var būt piesārņojums

Paātrināta sildītāja degradācija

Virsmas ķīmija destabilizē

Tāpēc ugunsizturīgā keramika un ķīmiski izturīgas apkures sistēmas ir plāksnes komplekta neatņemamas sastāvdaļas.

Kontroles piezīme
Termiskā stabilitāte izmanto vairāku{0}}zonu PID kontroli
Mūsdienu saķepināšanas plāksnes parasti tiek kontrolētas ar vairāku{0} zonu PID temperatūras sistēmām ar iepriekš ieprogrammētiem termiskajiem profiliem.

Šī arhitektūra nodrošina:

Neatkarīga atsevišķu plākšņu zonu kontrole

Malu siltuma zudumu kompensācija

Precīzs izmaiņu-pārvaldīšanas līmenis-

Stabila mērcēšanas temperatūras kontrole

Pats termiskais profils ir rūpīgi izstrādāts, lai:

Saistvielas noņemšana

Keramikas saķepināšana

Elektrodu kop{0}}apdedzināšana

Kontrolēta dzesēšana: stresa mazināšana

Uzlabotās sistēmas var izmantot vairākus termopārus, kas novietoti visā plāksnes struktūrā, lai nodrošinātu nepārtrauktu viendabīguma pārbaudi darbības laikā.

Problēmas ar liela{0}}platības platuma dizainu
Palielinoties izpildmehānismu ražošanas apjomiem, kļūst arvien grūtāk sasniegt vienmērīgu veiktspēju lielākā platībā.

Atvēsinoši efekti malā
Atkarībā no izmantotās zonēšanas taktikas siltuma zudumi plāksnes perifērijā var izraisīt aukstas vietas.

Mehāniskais plakanums
Plāksnei jābūt stabilai izmēriem pat tad, ja tā vairākas reizes tiek darbināta līdz temperatūrai, kas pārsniedz 1200 grādus.

Termiskās izplešanās saderība
Plākšņu komplektā izmantotajām materiālu kombinācijām jāspēj izturēt atkārtotu izplešanos un saraušanos bez plaisāšanas vai deformācijas.

Visu šo apsvērumu rezultātā augstas veiktspējas saķepināšanas plāksnes ir vieni no sarežģītākajiem termiskiem komponentiem, ko izmanto precīzās keramikas ražošanā.

Secinājums
Apsildāmā keramikas plāksne ir būtisks augstas temperatūras instruments, kas pārvērš smalku laminētu keramikas pulvera un metāliskas tintes kaudzi par spēcīgu, ārkārtīgi precīzu pjezoelektrisko izpildmehānismu. Plāksne nodrošina izcilu siltuma viendabīgumu saķepināšanas laikā, lai keramikas korpuss un implantēto elektrodu slāņi sablīvējas kopā bez deformācijas, plaisāšanas vai atslāņošanās.

Šīs plāksnes ir izgatavotas no ugunsizturīgas keramikas, piemēram, alumīnija oksīda, un tiek karsētas ar tajos ievietotiem molibdēna vai silīcija karbīda elementiem. Tie darbojas temperatūrā, kas bieži pārsniedz 1100 grādus, un nodrošina vienmērīgu temperatūru visā virsmā dažu grādu robežās. To augstā termiskā masa, ķīmiskā inerce un uzlabotās vairāku-zonu vadības sistēmas nodrošina stabilitāti, kas nepieciešama jutīgajam, vairāku -stundu kop{5}}apdedzināšanas procesam.

Labi-kontrolēti temperatūras apstākļi parasti nodrošina mazākās un precīzākās mehāniskās kustības sarežģītās ražošanas sistēmās. Pusvadītāju ražošanā labākās kustības sākas ar nevainojami regulētu siltumu.