Disk ve halka formunda 1-3 piezokompozitlerin tasarımı, geliştirmesi ve karakterizasyonu

Abstract

Bu çalışmada, sonar sistemlerde hem algılayıcı hem de gönderici olarak işlev görebilen, 1-3-2 bağlantı notasyonuna sahip piezoelektrik kompozitlerin üretimi ve optimizasyonu gerçekleştirilmiştir. Kompozit yapılar, halka ve disk formunda tasarlanmış ve iç içe geçecek şekilde yapılandırılmıştır. Algılayıcı birim için yumuşak piezoelektrik karakterde PZT-5A, gönderici birim için ise sert piezoelektrik karakterde PZT-4 piezo seramikleri tercih edilmiştir. Farklı halka ve disk boyutları kullanılarak elde edilen numunelerin akustik ve elektriksel performansları karşılaştırılmıştır. Numuneler, mekanik presleme yöntemiyle şekillendirilmiş, ardından sinterleme ve zımparalama işlemlerinden geçirilmiştir. Daha sonra elektrotlanarak kutuplanmış ve dilimleme işlemi ile 1-3-2 bağlantı yapısı oluşturulmuştur. Algılayıcı ve gönderici birimlerin etkileşimini önlemek amacıyla, akustik gürültü önleyici bir seramik taban üzerine yerleştirilmiş ve arka yansımalara karşı akustik yalıtım sağlanmıştır. Son olarak yapı, poliüretan kaplama ile tamamlanarak kompozit üretimi gerçekleştirilmiştir. Elde edilen yapı, sonar sistemler için çift işlevli piezoelektrik uygulamalarında kullanılabilir potansiyele sahiptir.

In this study, the fabrication and optimization of piezoelectric composites with a 1-3-2 connectivity notation, capable of functioning as both sensors and projectors in sonar systems, have been carried out. The composite structures were designed in ring and disc forms and configured to fit concentrically. PZT-5A ceramic was selected for the sensing element, while PZT-4 was used for the projectors element. Acoustic and electrical performances of the samples were compared using various ring and disc dimensions. The samples were shaped using a mechanical pressing method, followed by sintering and surface grinding processes. Subsequently, electrodes were applied, and the samples were polarized. The 1-3-2 connectivity structure was then formed through precision dicing. To prevent interference between the sensing and actuating elements, each was mounted on a ceramic base that also served to reduce acoustic noise and back reflections. Finally, the composite structure was completed with a polyurethane coating. The resulting design holds promising potential for dual-function piezoelectric sensor applications in sonar systems.