Modification and practical application of piezoelectric transducers with separated electrodes

Abstract

The paper presents the results of improving the technology of forming current-conducting electrodes of piezoelectric elements and the development of devices from piezoelectric ceramics with separated electrodes by a method based on the technology of combined electron-beam modification. The prospect of using the method of thermal vacuum deposition for obtaining electrode coatings on products made of piezoelectric ceramics of the PZT grade is shown. It has been found that silver coatings formed by the proposed technology on piezoelectric elements are more uniform and homogeneous in comparison with the coatings obtained by the traditional (industrial) method. As a practical result of the implementation of the technology proposed in the article, designs of piezoelectronic devices based on elements made of piezoelectric ceramics with separated electrodes formed on their surface, in particular, a multisectional piezoelectric transducer, have been developed. Changing the size of the electrodes, their relative position allows to influence the parameters of the output signals and opens wide opportunities for the design of piezoelectric transducers of computer systems for critical applications. The main advantage of using transducers made from piezoceramic materials in computer systems is due to their special structure, which allows to implement fundamentally different schemes in one such element.

В роботі наводяться результати удосконалення технології формування струмопровідних електродів п’єзоелектричних елементів та розробка пристроїв з п’єзоелектричної кераміки з розділеними електродами методом, що базується на технології комбінованої електронно-променевої модифікації. Показано перспективу використання методу термовакуумного напилення при отриманні покриттів електродів на виробах з п’єзоелектричної кераміки сорту ЦТС. Особливістю такого комбінованого методу є здійснення його в одному технологічному циклі «термовакуумне осадження – електронно-променева модифікація покриття» за незмінних умов робочого середовища, що виключає утворення хімічних сполук в осаджуваному покритті на проміжному етапі формування наноструктурних утворень. Встановлено, що утворені за запропонованою технологією срібні покриття на п’єзоелектричних елементах є більш рівномірними та однорідними порівняно з покриттями, отриманими у традиційний (промисловий) спосіб. Як практичний результат реалізації запропонованої в статті технології розроблено конструкції пристроїв п’єзоелектроніки на основі елементів із п’єзоелектричної кераміки зі сформованими на їх поверхні розділеними електродами, зокрема багатосекційного п’єзоелектричного перетворювача. Найбільш цікавим у цьому випадку є те, що п’єзоелемент (пружне монолітне тверде тіло) може одночасно мати різні властивості внаслідок технологічних можливостей методу термовакуумного напилення. Зміна розмірів електродів, їх взаємне розташування дають змогу впливати на параметри вихідних сигналів і відкривають широкі можливості для створення п’єзоелектричних перетворювачів для комп’ютерних систем критичного застосування. Основна перевага використання перетворювачів з п’єзокерамічних матеріалів у комп’ютерних системах пов’язана з їх особливою конструкцією, що дає можливість реалізувати принципово різні схеми в одному такому елементі