ما هو الاستقطاب للسيراميك كهرضغطية

ما إذا كانت عملية الاستقطاب للسيراميك الانضغاطي كافية أم لا لها تأثير كبير على خصائص المواد. ولذلك، فمن الضروري اختيار ظروف الاستقطاب بشكل معقول، والمجال الكهربائي للاستقطاب، ودرجة حرارة الاستقطاب وزمن الاستقطاب، والتي يشار إليها بالعناصر الثلاثة للاستقطاب.

(1) المجال الكهربائي المستقطب

يمكن محاذاة المجالات في اتجاه المجال الكهربائي تحت تأثير مجال كهربائي مستقطب، لذلك فهو العامل الرئيسي في حالة الاستقطاب. كلما زاد مجال الاستقطاب الكهربائي، كلما زاد تأثير محاذاة المجالات، وكان الاستقطاب أكثر كفاية. لكن الصيغ المختلفة يجب أن تكون مختلفة في الارتفاع. يعتمد حجم المجال الكهربائي المستقطب بشكل أساسي على المجال القسري EC للسيراميك الكهرضغطي. يجب أن يكون المجال الكهربائي للاستقطاب أكبر من EC لتوجيه المجالات ومحاذاة اتجاه المجال الخارجي. وهو بشكل عام 2-3 مرات من EC. يرتبط حجم EC بتكوين وهيكل السيراميك الكهروإجهادي. بالنسبة للمواد المعتمدة على PZT في الطور الرباعي، تتزايد التوصيلية الكهربائية مع انخفاض نسبة Zr/Ti. في منطقة الاتجاهات الثلاثة، التغيير في EC مع نسبة Zr/Ti ليس كبيرًا. إذا انخفضت نسبة الاستبدال، فإن نسبة المحور البلوري c/a للمادة، وينتج دوران المجال 90 درجة إجهادًا داخليًا صغيرًا، ويكون الدوران سهلاً، وتكون EC أقل. تعمل الإضافات اللينة على تقليل التوصيلية الكهربائية، بينما تعمل الإضافات الصلبة على زيادة التوصيلية الكهربائية. تتراوح المواد العملية من سلسلة PZT EC بين 0.6-1.6 كيلو فولت/مم. تتناقص EC أيضًا مع زيادة درجة الحرارة. لذلك، إذا زادت درجة حرارة الاستقطاب، يمكن تقليل المجال الكهربائي للاستقطاب بشكل مماثل.

كما أن المجال الكهربائي المستقطب محدود أيضًا بقوة الانهيار Eb للسيراميك الضغطي. بمجرد أن يصل المجال الكهربائي المستقطب إلى حجم Eb، يصبح السيراميك الانضغاطي مضيعة بعد الانهيار. ينخفض ​​​​Eb بشكل حاد بسبب وجود المسام والشقوق والتركيب غير المتساوي. لذلك، يجب أن تضمن عملية التحضير المسبق كثافة المنتج وتجانسه. ويرتبط حجم Eb أيضًا بسمك الاستقطاب للأقراص الانضغاطية والأسطوانات، وتتوافق علاقته تقريبًا مع الصيغة: Eb = 26.2t0.39، حيث Eb هو مجال الانهيار الكهربائي (kV/cm) وt هو السُمك (cm). لذلك، بالنسبة للمنتجات الأكثر سمكًا، يتم تقليل المجال الكهربائي للاستقطاب بشكل مماثل عن طريق زيادة درجة حرارة الاستقطاب، ويطيل وقت الاستقطاب لتحقيق تأثير استقطاب جيد.

في حالة المجال الكهربائي المستقطب ووقت الاستقطاب، عندما تكون درجة حرارة الاستقطاب لتطبيقات محول الطاقة الكهرضغطية مرتفعة، يكون اتجاه اتجاه المجال أسهل ويكون تأثير الاستقطاب أفضل. الأسباب الرئيسية هي كما يلي: (1) يتناقص تباين البلورات الانضغاطية مع زيادة درجة الحرارة، ويصبح الضغط الداخلي للمجال أصغر، أي أن المقاومة صغيرة، لذلك يكون الاستقطاب أسهل. 2 تصبح حلقة التباطؤ أضيق مع زيادة درجة الحرارة، أي أن المجال القسري يصبح أصغر، ويجعل حركة المجال أسهل. 3- يتناقص تأثير الشحنة الفضائية مع زيادة درجة الحرارة. تسبب بعض الشوائب كمية كبيرة من الشحن الفضائي في المنتج، مما يؤدي إلى مجال شحن فضائي قوي، مما يحمي مجال الاستقطاب المطبق خارجيًا، وهو ما لا يفضي إلى الاستقطاب. عندما ترتفع درجة الحرارة، تزداد التوصيلية الكهربائية للمنتج، ويسهل نقل الشحنة الفضائية، ويقل التراكم، ويقلل تأثير التدريع لمجال الشحنة الفضائية، وهو مناسب للاستقطاب. ترتبط درجة حرارة الاستقطاب بتركيبة المادة. تعكس بعض المواد بشكل شامل الخواص الكهروإجهادية لقيمة معامل الاقتران الكهروميكانيكي kp ولا تتأثر بشكل أساسي بدرجة حرارة الاستقطاب، والتي يمكن استقطابها في درجات حرارة منخفضة، مثل نظام PZT مع إضافات ناعمة. تتطلب بعض المواد الاستقطاب عند درجات حرارة أعلى للحصول على kp أكبر، مثل PZT عنصر سيراميك كهرضغطية مع إضافات صلبة. في الممارسة العملية، عندما يتم تحديد درجة حرارة الاستقطاب، تكون درجة الحرارة أعلى، لأن زيادة درجة حرارة الاستقطاب يمكن أن تقصر وقت الاستقطاب وتحسن كفاءة الاستقطاب. ومع ذلك، في درجات الحرارة المرتفعة، المشكلة التي تتم مواجهتها غالبًا هي أن مقاومة المنتج صغيرة جدًا، وتيار التسرب كبير، وجهد التحمل منخفض، أي أنه لا يمكن إضافة الجهد. بالإضافة إلى ارتباطه بالصيغة، يرتبط هذا أيضًا بضعف الكثافة والمقاومة الكهربائية المنخفضة. بالنسبة للمقالات التي تتعلق فقط بالصياغة، يتم تقليل مجال الاستقطاب فقط ويتم تمديد زمن الاستقطاب.

(3) الوقت المستقطب