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PZT세라믹을 이용한 AE센서의 압전소자 연구
A study of piezoelectric element for AE sensor using PZT ceramics 원문보기

한국전기전자재료학회 2004년도 춘계학술대회 논문집 방전 플라즈마 유기절연재료 초전도 자성체연구회, 2004 May 21, 2004년, pp.173 - 176  

권오덕 (충북대학교 전기공학과) ,  윤용진 (충북대학교 전기공학과) ,  유지성 (충북대학교 전기공학과) ,  강성화 (충청대학) ,  임기조 (충북대학교 전기공학과)

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

The piezoelectric ceramics for AE sensor piezoelectric devices are desirable to possess higher resonance vibrations. The compositions of $0.9Pb(Zr_xTi_{1-x})O_3-0.1Pb(Mn_{1/3}Nb_{1/3}Sb_{1/3})O_3$ (PZT-PMNS) in this work are selected for obtaining especially large electromechanical coupli...

AI 본문요약
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제안 방법

  • 함. 제 삼성분으로 PMNS를 선택한 것은 , PMNe강유전상으로 복합 페로브스카이트 화합물로 PZT 와 완전 고용체를 이루었으며 糸2。3를 첨가하여 압전 정수 및 전기기계 결합계수와 같은 압전 특성을 개선하였다.
  • Lapping Machine을 이용하여 12[mmii], l[mm] 의 두께로 양면 연마하고 은페이스트를 스크린 인쇄한 후 소부하였고 120C 실리콘 오일에서 20분 동안 3[kV/mm]의 전계로 분극하여 만든 시편을 100℃ 항온조 내에서 24시간 ageing하여 시편을 제조하였다.
  • PZT-PMNS계 세라믹스의 결정 구조(Zr/Ti 변화에 따른 상전이 거동)를 조사하기 위하여 XRD(미국 SCINTAG제, Cu-Ka선과 Ni 필터를 사용하여 회절 각 20。~70。)를 이용하여 분석하였다. 또한, 미세구조의 변화와 소결성 등을 관찰하기 위하여각 하소 온도 및 소결 온도 별로 구분하여 시편의 파단면을 일본 HITACHI사 S-2500C 모델을 이용하여 SEM을 관찰하였다.
  • Ti 의 몰비에 따른 상전이 거동과 압전 및 유전 특성에 대해 살펴보았으며 하소온도, 소결 온도의 변화에 대하여 특성을 조사하였다.
  • 또한, 미세구조의 변화와 소결성 등을 관찰하기 위하여각 하소 온도 및 소결 온도 별로 구분하여 시편의 파단면을 일본 HITACHI사 S-2500C 모델을 이용하여 SEM을 관찰하였다.
  • 본 논문에서는 예전부터 사용된 압전체 BaTiO3 세라믹스보다 높은 유전 상수, 완만한 상전이, 상대적으로 낮은 소결온도를 위해 PZT[Pb(Zr, Ti)O3〕 -base에 제 3성분으로 Pb(Mn就Nb〃3)O3를 선택하여 완전 고용하고 소량의 SbzO3 를 첨가하여 Pb(ZrxTi(i-x))O3 - Pb(Mni/3Nb1/3Sbi/3)O3 계 세라믹을 설계하였다. 압전 및 유전 특성으로 전기기계결합계수(electromechanical coupling factor), 기계적 품질 계수(mechanical quality factor), 유전손실(tan 5), 유전율(permittivity)을 축정 평가하였다, 세라믹의 주파수 진동을 알아보기 위해 프리엠프 및 필터 없이 ball-bearing drop test를 하였다.
  • 본 논문은 0.9PbZriPbTiO3 + O.lPb (Mno.2oNbo.3oSbo.33)03 의 3성분계 압전 세라믹스 조성에서의 저전계 압전 평가로 전기기계결합계수, 기계적 품질계수, 유전손실, 유전율을 측정 평가하였다.
  • 분쇄된 분말에 유기바인더(organic binder) PVB 를 L5wt% 첨가하여 열교반하고 12[口1伸] 금형에 4[ton/cuf]압력으로 일축 성형한 후, 바인더를 제거하기 위해 600X2 에서 6시간 bum-out을 행하였다. 소성은 전기로(Lenton제, UAF15/5) 1150℃-125 0t 범위에서 4시간 소결하였으며 전기로내의 온도 상승률은 3LC/min]로 제어하였다.
  • 설계하였다. 압전 및 유전 특성으로 전기기계결합계수(electromechanical coupling factor), 기계적 품질 계수(mechanical quality factor), 유전손실(tan 5), 유전율(permittivity)을 축정 평가하였다, 세라믹의 주파수 진동을 알아보기 위해 프리엠프 및 필터 없이 ball-bearing drop test를 하였다.
  • 압전성 및 유전 특성을 측정하기 위한 압전 세라믹 시편 제조 공정은 조성 PZT-PMNS의 고용체를 합성하기 위하여 PbO, ZrO2> TiO2) MnO, NbjOs, Sb2O5 원료를 중량비로 환산하여 칭량한 후 분산매로 알코올과 지르코니아 볼을 이용하여 24시간 습식(ball milling) 혼합 및 분쇄하였다. 혼합 분쇄한 원료를 700~850[℃]에서 4시간 하소한후, 48시간 습식 혼합 및 분쇄하였다.

대상 데이터

  • 7에서는 energy impacts# 증가시키며 세라믹의 웅답을 peak-to-peak의 차로써 보여주고 있다. 세라믹으로부터 데이터를 얻기 위해 Digital Osdlloscope(lGHz)을 사용하였으며, 신호에 대한 프리엠프나 필터는 없이 실험하였다. Noise levele 약 0.
  • 행하였다. 소성은 전기로(Lenton제, UAF15/5) 1150℃-125 0t 범위에서 4시간 소결하였으며 전기로내의 온도 상승률은 3LC/min]로 제어하였다.
  • 주파수 진동을 알아보기 위한 시험(ball-bearing drop test) 시편은 12[mmW], 7[mm]의 크기이며, 다른 제조공정은 압전 세라믹 시편과 동일하다.

이론/모형

  • 압전 제정수 cbi , kp , Qm 은 Impedance/Gain phase analyzer(HP4194A)를 사용하였으며, IRE 규정을 적용하여 공진-반공진 평가법으로 구하였다. Fig.
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