Аналіз параметраў п'езаэлектрычнай керамікі

Прагляды: 10 Аўтар: Рэдактар сайта Час публікацыі: 2018-11-28 Паходжанне: Сайт

Запытайцеся

Вытворчасць выдатная П'езаэлектрычныя керамічныя кампаненты звычайна патрабуюць патрабаванняў да прадукцыйнасці п'езаэлектрычнай керамікі. Таму што характарыстыкі п'езаэлектрычнай керамікі вырашальна ўплываюць на якасць кампанентаў. Такім чынам, каб абмеркаваць і зразумець кампаненты п'езаэлектрычнай керамікі, мы павінны спачатку зразумець параметры прадукцыйнасці і метады вымярэння п'езаэлектрычнай керамікі. П'езаэлектрычная кераміка валодае п'езаэлектрычнымі ўласцівасцямі ў дадатак да дыэлектрычных і пругкіх уласцівасцей агульных дыэлектрычных матэрыялаў. П'езаэлектрычная кераміка мае анізатрапію пасля палярызацыйнай апрацоўкі, і кожны параметр прадукцыйнасці мае розныя значэнні ў розных напрамках, што робіць параметры прадукцыйнасці п'езаэлектрычнай керамікі значна большымі, чым у звычайнай ізатропнай дыэлектрычнай керамікі. . Шматлікія эксплуатацыйныя характарыстыкі п'езаэлектрычнай керамікі з'яўляюцца важнай асновай для яе шырокага выкарыстання.

(1) Дыэлектрычная пранікальнасць
Дыэлектрычная пранікальнасць з'яўляецца адлюстраваннем дыэлектрычных уласцівасцей a п'езацылінд п'езакераміка , або характар палярызацыі, і звычайна выяўляецца ε. П'езаэлектрычныя керамічныя кампаненты рознага прызначэння маюць розныя патрабаванні да дыэлектрычнай пастаяннай для п'езаэлектрычнай керамікі. Напрыклад, такі аўдыякампанент, як п'езаэлектрычны керамічны дынамік, патрабуе, каб кераміка мела вялікую дыэлектрычную пранікальнасць, а высокачашчынны п'езаэлектрычны керамічны кампанент патрабуе, каб матэрыял меў нізкую дыэлектрычную пранікальнасць. Сувязь паміж дыэлектрычнай пранікальнасцю ε і ёмістасцю C элемента, плошчай электрода A і адлегласцю t паміж электродамі роўная ε=C·t/A. Дзе адзінкай кожнага параметра з'яўляецца ёмістасць C роўная F, а плошча электрода A роўная M2, адлегласць паміж электродамі t роўная м, а дыэлектрычная пастаянная ε роўная F/m. Часам выкарыстоўваецца адносная дыэлектрычная пранікальнасць εr (ці κ), якая звязана з абсалютнай дыэлектрычнай пранікальнасцю ε. εr=ε/εo, дзе εo — дыэлектрычная пранікальнасць вакууму (або вольнай прасторы), εo=8,85×10-12 (Ф/м), а εr не мае адзінкі і значэння.

(2) Палярызацыя Перад пераўтваральнікам з п'езатрубкамі стаіць ізатропны полікрышталь, які мае аднолькавую дыэлектрычную пранікальнасць уздоўж напрамкаў 1(x), 2(y) і 3(z), гэта значыць толькі адну дыэлектрычную пранікальнасць. Пасля палярызацыйнай апрацоўкі ўтворыцца анізатропны полікрышталь з-за рэшткавай палярызацыі, якая ўтвараецца ў кірунку палярызацыі. У гэты час дыэлектрычныя ўласцівасці ў напрамку палярызацыі адрозніваюцца ад уласцівасцей двух іншых напрамкаў. Няхай кірунак палярызацыі керамікі знаходзіцца ў напрамку 3: ε11 = ε22 ≠ ε 33. Палярызаваная п'езаэлектрычная кераміка мае дзве дыэлектрычныя канстанты ε11 і ε33. З-за п'езаэлектрычнага эфекту п'езаэлектрычнай керамікі вымяральныя дыэлектрычныя канстанты ўзораў адрозніваюцца ў розных механічных умовах. У механічна свабодных умовах вымераная дыэлектрычная пастаянная называецца свабоднай дыэлектрычнай пранікальнасцю, а ў εT верхні вугал T уяўляе сабой механічны свабодны стан. Ва ўмовах механічнага заціску вымяральная дыэлектрычная пранікальнасць называецца дыэлектрычнай пранікальнасцю заціску, якая выражаецца як εS, а верхняе значэнне S з'яўляецца ўмовай механічнага заціску. Паколькі ў механічных умовах у выніку дэфармацыі ўзнікае дадатковае электрычнае поле, а ва ўмовах механічнага заціску такога эфекту няма, значэнні вымярэння дыэлектрычнай пранікальнасці ў гэтых двух умовах адрозніваюцца. Згодна з вышэйсказаным, п'езаэлектрычная кераміка, палярызаваная ў трох кірунках, мае чатыры дыэлектрычныя канстанты, а менавіта ε11T, ε33T, ε11S, ε11S.

(3) дыэлектрычныя страты
Дыэлектрычныя страты падводны п'езакерамічны пераўтваральнік з'яўляецца адным з важных паказчыкаў якасці любога дыэлектрычнага матэрыялу, у тым ліку і п'езаэлектрычнай керамікі. Пад пераменным электрычным полем зарад, які назапашваецца ў асяроддзі, мае дзве часткі: адна - актыўная частка (у фазе), якая ўзнікае ў выніку працэсу праводнасці; а другая — рэактыўная частка (гетэрагенная), якая абумоўлена працэсам рэлаксацыі асяроддзя. Стаўленне несумяшчальнага кампанента да синфазного кампанента дыэлектрычных страт, Ic - синфазный кампанент, IR - нефазны кампанент, вугал паміж Ic і агульным токам I роўны δ, ω - вуглавая частата пераменнага электрычнага поля, R - супраціў страт, C - дыэлектрычны кандэнсатар. З формулы (1-4) відаць, што калі ВК вялікі, tan δ таксама вялікі; ВК-гадзінны загар δ таксама малы. Дыэлектрычныя страты, якія звычайна выражаюцца праз tan δ, называюцца тангенсам дыэлектрычных страт або каэфіцыентам страт, або дыэлектрычнымі стратамі. Страты дыэлектрыка ў электрастатычным полі з'яўляюцца вытворнымі ад працэсу праводнасці ў асяроддзі. Дыэлектрычныя страты ў пераменным электрычным полі з'яўляюцца вытворнымі ад дыэлектрычных страт, выкліканых працэсам праводнасці і рэлаксацыі палярызацыі. Акрамя таго, дыэлектрычныя страты сегнетоэлектрической п'езаэлектрычнай керамікі таксама звязаны з працэсам руху даменных сценак, але сітуацыя больш складаная.

(4) Пастаянная пругкасці

П'езаэлектрычная кераміка - гэта эластамер у дыяпазоне межаў пругкасці, напружанне павінна быць прапарцыйным. Няхай напружанне роўна T, якое прымяняецца да ліста п'езаэлектрычнай керамікі з плошчай папярочнага сячэння A, і дэфармацыя, створаная S. Згодна з законам Гука, залежнасць паміж напружаннем T і дэфармацыяй S выглядае наступным чынам, дзе S — канстанта пругкай гладкасці. Адзінка м2/Н; C — канстанта пругкай калянасці ў Н/м2. Аднак любы матэрыял з'яўляецца трохмерным, гэта значыць, калі напружанне прыкладваецца ў падоўжным кірунку, дэфармацыя ствараецца не толькі ў падоўжным кірунку, але і ў напрамках шырыні і таўшчыні. Ёсць тонкі кавалак, як паказана, даўжыня якога ў адным напрамку, а шырыня ў двух напрамках. Прымяненне напружання T1 у напрамку 1 прымушае ліст ствараць дэфармацыю S1 у напрамку 1 і дэфармацыю S2 у напрамку 2, і няцяжка атрымаць S1=S11T1 з ураўнення (1-5); S2=S12T1. Прыведзеныя вышэй дзве канстанты пругкай згодлівасці S11 у параўнанні з S12.

(5) П'езаэлектрычная пастаянная

Для тыповага цвёрдага цела напружанне T выклікае толькі прапарцыйную дэфармацыю S Pzt п'езаэлектрычны трубчасты пераўтваральнік , які звязаны модулем пругкасці, гэта значыць T = YS; п'езаэлектрычная кераміка валодае п'езаэлектрычнасцю, гэта значыць дадатковы зарад можа ўтварацца пры нагрузцы. Зарад, які ствараецца, прапарцыйны прыкладзеным напружанню. Для ціску і напружання знак супрацьлеглы. Дыэлектрычнае зрушэнне D (плошча зарада) і напружанне T (плошча сілы) выражаюцца наступным чынам: D=Q/A=dT, дзе d у кулонах/ньютанах (C/N). Гэта станоўчы п'езаэлектрычны эфект. Існуе таксама адваротны п'езаэлектрычны эфект, які стварае дэфармацыю S, прапарцыйную калі прыкладзена электрычнае поле E, і выніковая дэфармацыя альбо пашыраецца, альбо скарачаецца ў залежнасці ад напрамку палярызацыі ўзору. У формуле S=dE адзінкай d з'яўляецца метр/вольт (м/в). Канстанта прапарцыянальнасці d у прыведзеных вышэй раўнаннях называецца пастаяннай п'езаэлектрычнай дэфармацыі. Для дадатнага і адваротнага п'езаэлектрычных эфектаў d лікава аднолькавы,

(6) Канстанта частоты:

Канстанта частоты - гэта здабытак рэзананснай частаты і памернасці, якая вызначае рэзананс. Калі прыкладзенае электрычнае поле перпендыкулярна кірунку вібрацыі, рэзанансная частата з'яўляецца паслядоўнай рэзананснай частатой; калі электрычнае поле паралельна напрамку вібрацыі, рэзанансная частата з'яўляецца паралельнай рэзананснай частатой. Такім чынам, для рэзанансу мод 31 і 15 і рэзанансу для плоскай або радыяльнай моды адпаведнымі канстантамі частоты з'яўляюцца NE1, NE5 і NEP, а канстантай рэзананснай частоты моды 33 з'яўляецца ND3. Для падоўжна палярызаванага доўгага стрыжня канстанта частоты падоўжнай вібрацыі звычайна выражаецца праз ND3; для тонкай пласціны любога памеру, якая ўстойлівая да лінейнай палярызацыі, канстанта частоты вібрацыі пры расцяжэнні па таўшчыні звычайна выяўляецца праз НК. NDT і NDP пласціны з'яўляюцца важнымі параметрамі. За выключэннем частотнай канстанты NDP, іншыя частотныя канстанты роўныя палове асноўнай хуткасці гуку ў п'езакерамічным корпусе, гэта значыць ND = 1/2 (SDpm) - 1/2 і NE = 1/2 (SEpm) - 1/2, дзе SD = SE(1-K2), кожная канстанта частоты мае адпаведны ніжні кут.