In this study the temperature coefficient of resonant frequency(TC $F_{r}$) dielectric and piezoelectric properties of Pb[(S $b_{1}$2//N $b_{1}$2/)$_{0.065}$)-(Z $r_{x}$, $Ti_{1-x}$ )$_{0.90}$] $O_3$ceramics were investigated with Zr/Ti ratio. The compositions near the morphotropic phase boundary (MPB) appeared when Zr/Ti ratio was 49.5/50.5 The dielectric constant and electromechanical coupling factor( $k_{p}$) also showed the highest values of 1,257, 0.653 respectively when the Zr/Ti ratio was 49.5/50.5 Moreover the mechanical quality factor( $Q_{m}$) showed th lowest value of 713 when the Zr/Ti ratio. The temperature coefficient of resonant frequency(TC $F_{r}$) abruptly change at the morphotropic phase boundary(MPB) which existed between the rhombohedral phase with highly negative TC $F_{r}$ of -106ppm/$^{\circ}C$ and the tetragonal phase with highly positive TC $F_{r}$ of +64pp $m^{\circ}C$ as Zr/Ti ratio varied from 50/50 to 49.5/50.5.50.5..50.5.
Piezoelectric transformers have been widely used such as DC-DC convertor, invertor, Ballast, etc. Because, the y have some merits compared with electro-magnetic transformers such as step-up ratio, high efficiency, small size and lg hit weight, etc. Piezoelectric transformer require high electromechanical coupling factor kp in order to induce a large out put power in proportional to applied electric field. And also, high mechanical quality factor Qm is required to prevent mechanical loss and heat generation. In general, PZT system ceramics should be sintered at high temperatures between 1200 and $1300^{\circ}C$ in order to obtain complete densification. Accordingly, environmental pollution due to its PbO evaporation. Hence, to reduce its sintering temperature, various kinds of material processing methods such as hot pressing, high energy mill, liquid phase sintering, and using ultra fine powder have been performed. Among these methods, liquid phase sintering is basically an effective method for aiding densification at low temperature. In this study, In order to comparis on low temperature sintering and solid state sintering piezoelectric transformers, rosen type transformers were fabricated u sing two PZT ceramics compositions and their electrical properties were investigated.
In this paper, the anti-plane transient response of a central crack normal to the interface between a piezoelectric ceramics and two same elastic materials is considered. The assumed crack surfaces are permeable. By virtue of integral transform methods, the electro elastic mixed boundary problems are formulated as two set of dual integral equations, which, in turn, are reduced to a Fredholm integral equation of the second kind in the Laplace transform domain. Time domain solutions are obtained by inverting Laplace domain solutions using a numerical scheme. Numerical values on the quasi-static stress intensity factor and the dynamic energy release rate are presented to show the dependences upon the geometry, material combination, electromechanical coupling coefficient and electric field.
In this paper, in order to develop the low temperature sintering ceramics for multilayer piezoelectric transformer, PMN-PZT ceramics were manufactured with the variations of sintering times, and their microstructural, piezoelectric and dielectric properties were investigated. Li$_2$CO$_3$ and Bi$_2$O$_3$ were used as sintering aids and the specimens were sintered during 30, 60, 90, 120, 150, and 180 minutes, respectively. At the specimen sintered during 90 minute, mechanical quality factor(Qm), electro-mechanical coupling factor(kp) and dielectric constant were showed the optimum values of 2,356, 0.504 and 1,266, respectively.
As a candidate for lead-free piezoelectric materials, dense $(Na_xK_{0.94-x}Li_{0.06})NbO_3$ ceramics were developed by conventional sintering process. Sintering temperature was lowered by adding 1 mol% $Li_2O$ as a sintering aid. The electrical properties of $(Na_xK_{0.94-x}Li_{0.06})NbO_3$ ceramics were investigated as a function of Na/K ratio. When the sample sintered at $950^{\circ}C$ for 4 h with the compositions of morphotropic phase boundary, 0.47 < x < 0.51, electro-mechanical coupling factor ($k_p$) and piezoelectric coefficient ($d_{33}$) were found to reach the highest values of 0.42 and 190 pC/N, respectively. These excellent piezoelectric and electro-mechanical properties indicate that this system is potentially good candidate for lead-free material for a wide range of electro-mechanical transducer applications.
한국결정성장학회 1998년도 PROCEEDINGS OF THE 14TH KACG TECHNICAL MEETING AND THE 5TH KOREA-JAPAN EMGS (ELECTRONIC MATERIALS GROWTH SYMPOSIUM)
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1998
PZT ceramics were rapidly sintered in a 2.45GHz microwave oven without no addition of lead to the atmosphere and afterwards the piezoelectric properties were investigated. The specimens were sintered between 1050 and 1130$^{\circ}C$ with the sintering time totaling less then 20 minutes, reducing processing times and costs from those of established methods. The relative dielectric constant, mechanical quality factor and electro-mechanical coupling factor of the PZT specimens at 1090$^{\circ}C$ were 1990, 80,0.53 respectively, which is comparable to conventionally sintered values.
In this study, the structural, dielectric and piezoelectric properties of $Pb[(Ni_{1/3}Nb_{2/3})_x-(Mn_{1/3}Nb_{2/3})_{0.09-x}-(Zn_{0.505}Ti_{0.495)_0.91]O_3$ (x=0, 0.01, 0.02, 0.03, 0.04, 0.05) system ceramics were investigated to develop the composition ceramics for piezoelectric transformer. All the specimens were sintered at $1250^{\circ}C$ and its physical properties were measured, and the results are as follows : With increasing PNN substitution for PMN-PZT system, dielectric constant was increased and electro-mechanical coupling factor($k_p$) was increased to 0.62 at 5 mol% while mechanical quality factor(Qm) was decreased.
본 연구에서는 테입-케스팅 방법을 이용하여 제작한 PZT-5A의 소결온도 변화에 따른 압전특성을 조사한 후 유한요소 해석법을 이용하여 2-2형 압전복합재료를 초음파 트랜스듀서를 설계하고 압전특성을 해석하였다. 2-2형 압전복합재료의 음향임피던스와 압전전하상수($d_{33}$)는 PZT 부피분율이 감소함에 따라 밀도의 감소로 감소하여 0.6~0.2의 범위에서 14~3 MRayl로 초음파 트랜스듀서로 사용가능한 특성을 나타내었다. 공진특성과 전기기계결합계수는 PZT부피분율이 0.6일 때 가장 우수한 특성을 나타내었으며, PZT의 부피분율이 0.2~0.6에서는 $k_t$ 값이 0.64~0.68로 거의 일정한 값을 유지하였지만 그 이상에서는 급격하게 감소하는 것을 확인할 수 있었다. 이상의 실험결과로부터 2-2형 압전복합재료는 초음파 트랜스듀서 재료로 응용 가능성을 확인 할 수 있었다.
본 연구에서는 1_3형 압전복합체(1-3 type piezo-composite)의 전기-기계적 성능을 수치적으로 분석하였다. PZT 세라믹스의 압전물성 계산치를 실험치와 비교하여 수치 해석방법의 정확성을 검증하였다. 그리고 구성재료의 부피 비 및 물성, PZT 기둥의 종 횡비(aspect ratio) 등이 복합체의 $k_t$특성에 미치는 영향을 해석하였다. 그 결과, PZT 부피 비가 30 vol%까지 증가함에 복합체의 $k_t$ 특성은 급격하게 증가하다가 그 이상의 영역에서는 일정한 값에 수렴한다. 그리고 상대적으로 유연한 폴리머를 사용한 복합체가 전반적으로 우수한 $k_t$ 특성을 갖는다. 또한 PZT 부피비가 30 % 이하인 경우, 복합체의 $k_t$ 특성은 PZT 기둥의 종횡 비에 많은 영향을 받는다. 그러므로 $k_t$ 특성 향상을 위해서는 상대적으로 유연한 폴리머 및 우수한 압전특성의 PZT를 사용하여 복합체를 구성하는 것이 유리하다.
In this study, in order to develop coupled vibration mode piezoelectric devices for Acoustic Emission (abbreviated as AE) sensor application with outstanding displacement and piezoelectric properties have been simulated by ATILA FEM program. And, From the results of ATILA simulation, the AE sensor specimen, obtained superior electromechanical coupling factor and displacement, when the size of specimen is $3.45mm{\Phi}{\times}3.45mm$ with ratio of diameter/thickness(${\Phi}/T$)= 1.0. Therefore, AE sensor was fabricated by (Na,K,Li)(Nb,Ta) $O_3$(abbreviated as NKL-NT) system piezoelectric ceramics using coupled vibration mode. The piezoelectric properties of NKL-NT ceramics was exhibited that piezoelectric constant($d_{33}$), piezoelectric voltage constant($g_{33}$) and electro mechanical coupling factor($k_p$) have the excellent values of 261[pC/N], 40.10[$10^{-3}Vm/N$], and 0.44, respectively. The manufactured piezoelectric device with ratio of ${\Phi}/T$= 1.0 indicated the optimum values of resonant frequency(fr)= 556.5[kHz], antiresonant frequency(fa)=631.1[kHz], and effective electromechanical coupling factor(keff)= 0.473. The maximum sensitivity of the coupled vibration mode AE sensor was 55[dB] at the resonant frequency of 75[kHz]. The results show that the coupled vibration mode piezoelectric device is a promising candidate for the application AE sensor piezoelectric device.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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