صفحات سرامیکی گرم شده چه نقشی در تف جوشی محرک های پیزوالکتریک چند لایه ایفا می کنند؟

«ماهیچه‌های» کوچک و قدرتمندی که محرک‌های پیزوالکتریک چند لایه نامیده می‌شوند، ممکن است لنزها، دریچه‌ها و تجهیزات نیمه‌رسانا را با دقت نانومتری-در موقعیت قرار دهند. آنها با انباشتن صدها-ورق سرامیکی فوق العاده نازک، که الکترودهای داخلی فلزی روی آنها صفحه نمایش- چاپ می‌شوند، ساخته می‌شوند و سپس کل ساختار را در یک بلوک یکپارچه متراکم می‌کنند. صفحه حرارتی که این پخت را انجام می دهد باید مدلی از همگنی حرارتی باشد.

یکنواختی حرارتی در دنیای تولید محرک پیزوالکتریک زینترینگ صفحه سرامیکی گرم نه تنها مطلوب نیست بلکه یک الزام است. حتی شیب‌های دمایی کوچک در سطح پخت می‌تواند باعث تاب برداشتن پشته سرامیکی، شکستن الکترودهای تعبیه‌شده یا ایجاد تنش‌های مکانیکی داخلی شود که عملکرد محرک را برای همیشه کاهش می‌دهد.

چرا زینترینگ برای محرک های پیزوالکتریک مهم است؟
ترکیبات سرامیکی زیرکونات تیتانات (PZT) به طور گسترده برای ساخت محرک های پیزوالکتریک چند لایه استفاده می شود. محرک یک "بدنه سبز" چند لایه شکننده است که شامل موارد زیر است: قبل از شلیک،

نوارهای نازک نوار سرامیکی

چسب، ارگانیک

حلال ها

طرح های الکترود فلزی چاپ می شوند

رابط های فشار برای لمینیت

در طی فرآیند تف جوشی، ذرات سرامیکی ذوب و متراکم می شوند و الکترودهای داخلی نیز در لایه های رسانا ذوب می شوند.

یک پشته شکننده از پودر و جوهر فلزی می‌گیرد و یک ساختار مکانیکی الکترو{0} سفت ایجاد می‌کند که می‌تواند هنگام اعمال الکتریسیته نیرو و حرکت ایجاد کند.

نقش صفحه سرامیکی گرم شده
صفحه داغ پایه دمایی سیستم تف جوشی است.

دارای مسئولیت های زیر است:

پشتیبانی مکانیکی محرک پشته

توزیع یکنواخت حرارت

کاهش گرادیان های حرارتی

تثبیت محیط شلیک

پیشگیری از گرمای بیش از حد موضعی

لایه‌های محرک کاملاً نازک هستند، بنابراین یک اختلاف دما کوچک ممکن است باعث انقباض ناهموار در طول چگالش شود.

این تراکم تفاضلی می تواند منجر به موارد زیر شود:

تحریف

شکستن

شکاف های داخلی

لایه برداری الکترود

کاهش عملکرد پیزوالکتریک

بنابراین صفحه به عنوان یک تثبیت کننده حرارتی و یک دستگاه کنترل ابعادی عمل می کند.

مواد برای{0}صفحه های پخت با دمای بالا
صفحه معمولاً از مواد سرامیکی نسوز ساخته می شود که قادر به مقاومت در برابر تماس طولانی مدت با گرمای شدید است.

صفحات سرامیک آلومینا
آلومینا با خلوص بالا- اغلب انتخاب می‌شود زیرا:

پایداری حرارتی خوب

نسبت تراکم بالا به استحکام

عایق برای مصارف الکتریکی

مقاومت در برابر مواد شیمیایی

مقاومت در برابر شوک حرارتی

چارچوب سرامیکی آلودگی عناصر PZT شکننده را در هنگام سوختن کاهش می دهد.

عناصر گرمایش تعبیه شده
صفحه ممکن است دارای عناصر گرمایشی با دمای بالا باشد، به عنوان مثال:

عناصر مقاومت مولیبدن

عناصر گرمایش کاربید سیلیکون (SiC).

سیستم های دی سیلیس مولیبدن

چنین مواد گرمایشی به دلیل ظرفیت آنها برای تولید خروجی حرارتی پایدار در طول سیکل‌های پخت چند ساعته در دماهای بالاتر از 1000 درجه انتخاب شده‌اند.

یکنواختی فوق العاده مورد نیاز دما
یکی از مشکلات عمده در فرآیند عملگر پیزوالکتریک پخت صفحه سرامیکی گرم، دستیابی به دمای سطح بسیار سازگار است.

دمای پخت معمولی
دمای دقیق پخت بر اساس فرمولاسیون سرامیکی خاص متفاوت است، با این حال دستگاه‌های محرک مبتنی بر PZT معمولاً بین:

1100 درجه و 1300 درجه

اثرات انقباض دیفرانسیل اختلافات حرارتی جزئی را در این دماها افزایش می دهد.

دقت حرارتی مورد نیاز
اهداف یکنواختی دما برای صفحات پخت صنعتی اغلب در موارد زیر است:

1± درجه تا 2± درجه روی سطح فعال

این معیار با دمای کار بسیار بالا بسیار سخت است.

در کوره، صفحه یک مرحله کاملاً یکنواخت و بی‌صدا است که در آن هر لایه سرامیکی باید به طور هماهنگ با هم جمع شوند.

پیشگیری از تاب برداشتن و لایه برداری
محرک‌های پیزوالکتریک چند لایه- هستند و از این رو مشکلات دمایی خاصی را تجربه می‌کنند.

تسویه تفاضلی
اگر یک ناحیه از پشته سریعتر از قسمت دیگر گرم شود:

میزان انقباض سرامیکی متفاوت است

انباشته شدن تنش های درونی

اعوجاج لایه رخ می دهد

حتی کوچکترین انحرافات در اندازه ممکن است بر دقت محرک تا کاربر نهایی تأثیر بگذارد.

پایداری الکترود داخلی
لایه‌های الکترود پالادیوم{0}}نقره بین ورقه‌های سرامیکی قرار می‌گیرند و باید همزمان با سرامیک اطراف آن تف جوشی شوند.

گرمایش ناهموار می تواند منجر به موارد زیر شود:

شکاف الکترود

لایه برداری لایه ها.

شکستن

از دست دادن هدایت

کوپلینگ الکترومکانیکی کاهش یافته است

از این رو، حفظ شرایط حرارتی یکنواخت در کل پشته برای عملکرد ساختاری و الکتریکی بسیار مهم است.

چرا از جرم حرارتی بالا استفاده کنیم؟
صفحات تف جوشی به گونه ای طراحی شده اند که حجم و اینرسی حرارتی قابل توجهی داشته باشند.

مزایای اینرسی حرارتی بالا
توده حرارتی بزرگ کمک می کند:

نوسانات دما را حذف کنید

در برابر اختلالات حرارتی سریع مقاومت کنید

اثرات چرخه گرمایش صاف

شرایط شلیک را برای شلیک طولانی- ثابت نگه دارید

این پایداری به ویژه قابل توجه است زیرا چرخه های شلیک پیزوالکتریک می تواند چندین ساعت طول بکشد و شامل موارد زیر است:

صعودهای مرحله‌ای-

مراحل سوختن- بایندر

زمان خیساندن در دمای بالا

چرخه های خنک کننده تنظیم شده آهسته

صفحه سرامیکی بزرگ به عنوان یک چرخ فلایویل حرارتی برای کل فرآیند کوره کار می کند.

مدیریت جو در تف جوشی
محیط پخت به طور قابل توجهی بر رفتار سرامیک و الکترود تأثیر می گذارد.

جوهای کنترل شده
این روش ممکن است در موارد زیر کار کند: بر اساس ماده شیمیایی محرک

هوا.

نیتروژن

مخلوط گازهای بی اثر در کنترل

اتمسفرهای کنترل شده با اکسیژن

صفحه باید در تمام شرایط هوای مشخص شده از نظر شیمیایی پایدار باشد.

بی اثری شیمیایی بسیار مهم است
بخار اکسید سرب می تواند از سرامیک های حاوی سرب PZT در دماهای بالا ساطع شود.

اگر این بخارات با صفحه یا عناصر گرمایش واکنش نشان دهند:

ممکن است آلودگی وجود داشته باشد

تسریع تخریب بخاری

شیمی سطح بی ثبات می شود

بنابراین، سرامیک های نسوز و سیستم های گرمایشی مقاوم در برابر مواد شیمیایی جزء جدایی ناپذیر مجموعه صفحه هستند.

یادداشت کنترل
پایداری حرارتی از کنترل PID چند منطقه‌ای-استفاده می‌کند
صفحات زینترینگ مدرن عموماً با سیستم‌های دمایی PID چند ناحیه‌ای با پروفایل‌های حرارتی از پیش برنامه‌ریزی‌شده کنترل می‌شوند.

این معماری موارد زیر را فراهم می کند:

کنترل مستقل تک تک نواحی پلانت

جبران اتلاف حرارت لبه

نرخ دقیق-از-مدیریت تغییر

کنترل پایدار دمای خیساندن

خود پروفیل حرارتی به دقت طراحی شده است که:

حذف بایندر

تف جوشی سرامیک

شلیک همزمان الکترودها

خنک کننده کنترل شده: کاهش استرس

سیستم‌های پیشرفته ممکن است از چندین ترموکوپل که در سرتاسر ساختار صفحه قرار داده شده‌اند برای تأیید مداوم یکنواختی در حین کار استفاده کنند.

مشکلات طراحی صفحه بزرگ-
با افزایش حجم تولید محرک‌ها، دستیابی به عملکرد یکنواخت در مناطق بزرگ‌تر صفحه به طور فزاینده‌ای چالش برانگیز می‌شود.

جلوه های خنک کننده در لبه
بسته به تاکتیک های منطقه بندی مورد استفاده، از دست دادن گرما در حاشیه صفحه ممکن است منجر به نقاط سرد شود.

صافی مکانیکی
صفحه باید از نظر ابعادی پایدار باشد، حتی زمانی که چندین بار در دمای بیش از 1200 درجه چرخانده شود.

سازگاری با انبساط حرارتی
ترکیبات مواد به کار رفته در مونتاژ صفحه باید قادر به تحمل انبساط و انقباض مکرر بدون ترک یا اعوجاج باشند.

در نتیجه همه این ملاحظات، صفحات زینترینگ با کارایی بالا- یکی از پیچیده ترین اجزای حرارتی مورد استفاده در تولید سرامیک های دقیق هستند.

نتیجه گیری
صفحه سرامیکی گرم شده ابزار درجه حرارت بالا ضروری است که یک پشته لمینت شده ظریف پودر سرامیکی و جوهر فلزی را به یک محرک پیزوالکتریک قدرتمند و بسیار دقیق تبدیل می کند. صفحه همگن حرارتی عالی در حین تف جوشی فراهم می کند به طوری که بدنه سرامیکی و لایه های الکترود کاشته شده بدون تاب خوردگی، ترک خوردگی یا لایه لایه شدن با هم متراکم می شوند.

این صفحات از سرامیک های نسوز مانند آلومینا ساخته شده اند و توسط عناصر مولیبدن یا کاربید سیلیکون وارد شده در آنها گرم می شوند. آنها در دماهای اغلب بیش از 1100 درجه کار می کنند و یکنواختی دما را در سطح چند درجه ایجاد می کنند. جرم حرارتی بالا، بی اثری شیمیایی و سیستم های کنترل چند منطقه ای پیشرفته، پایداری لازم برای فرآیند شلیک چند ساعته و حساس را فراهم می کند.

شرایط دمایی خوب کنترل‌شده معمولاً کوچک‌ترین و دقیق‌ترین حرکات مکانیکی را در سیستم‌های تولیدی پیچیده ارائه می‌کنند. در تولید نیمه هادی، بهترین حرکات با گرمای بی عیب و نقص تنظیم می شود.