Jaká je polarizace piezoelektrické keramiky

Zda je proces polarizace piezokeramiky dostatečný nebo ne, má velký vliv na vlastnosti materiálu. Proto je třeba rozumně volit podmínky polarizace, polarizační elektrické pole, teplotu polarizace a dobu polarizace, které se označují jako tři prvky polarizace.

(1)Polarizované elektrické pole

Domény mohou být zarovnány ve směru elektrického pole působením polarizovaného elektrického pole, takže je to hlavní faktor v podmínkách polarizace. Čím vyšší je polarizační elektrické pole, tím větší je vliv vyrovnání domén, postačuje polarizace. Ale různé vzorce by se měly lišit ve výšce. Velikost polarizovaného elektrického pole závisí hlavně na koercitivním poli EC piezoelektrické keramiky. Polarizační elektrické pole musí být větší než EC, aby řídilo domény a vyrovnalo se ve směru vnějšího pole. Obecně je 2-3krát vyšší než EC. Velikost EC souvisí se složením a strukturou piezokeramiky. U materiálů na bázi PZT v tetragonální fázi se EC zvyšuje se snižujícím se poměrem Zr/Ti. V třísměrné oblasti není změna EC s poměrem Zr/Ti významná. Pokud se substituční poměr sníží, poměr os krystalů c/a materiálu, rotace domény o 90o vytváří malé vnitřní napětí, rotace je snadná a EC je nižší. Měkká aditiva snižují EC a tvrdá aditiva zvyšují EC. Praktický materiál EC řady PZT je v rozmezí 0,6-1,6 Kv/mm. EC také klesá s rostoucí teplotou. Pokud se tedy teplota polarizace zvýší, polarizační elektrické pole se může odpovídajícím způsobem snížit.

Polarizované elektrické pole je také omezeno průraznou silou Eb piezokeramiky. Jakmile polarizované elektrické pole dosáhne velikosti Eb, stane se piezokeramika po rozbití odpadem. Eb prudce klesá kvůli přítomnosti pórů, prasklin a nerovnoměrného složení. Proto musí proces předpřípravy zajistit hustotu a jednotnost produktu. Velikost Eb také souvisí s tloušťkou polarizace piezo kotoučů a válců a její vztah zhruba odpovídá vzorci: Eb = 26,2t0,39 , kde Eb je průrazné elektrické pole (kV/cm) a t je tloušťka (cm). Proto se u tlustších výrobků polarizační elektrické pole odpovídajícím způsobem sníží zvýšením teploty polarizace, doba polarizace se prodlouží, aby se dosáhlo dobrého polarizačního účinku.

Za podmínek polarizovaného elektrického pole a doby polarizace, kdy je teplota polarizace aplikací piezoelektrických měničů vysoká, je orientace orientace domény snazší a polarizační efekt lepší. Hlavní důvody jsou následující: (1) Anizotropie piezo krystalu se s rostoucí teplotou snižuje a vnitřní napětí domény se zmenšuje, to znamená, že odpor je malý, takže polarizace je snazší. 2 Hysterezní smyčka se s rostoucí teplotou zužuje, to znamená, že koercitivní pole se zmenšuje a ve skutečnosti usnadňuje pohyb domény. 3 Efekt prostorového náboje klesá s rostoucí teplotou. Některé nečistoty způsobují velké množství prostorového náboje v produktu, což má za následek silné pole prostorového náboje, které stíní externě aplikované polarizační pole, které polarizaci neprospívá. Když teplota stoupá, zvyšuje se elektrická vodivost produktu, prostorový náboj se snadno migruje, snižuje se akumulace a snižuje se stínící účinek pole prostorového náboje, což je příznivé pro polarizaci. Polarizační teplota souvisí se složením materiálu. Některé materiály komplexně odrážejí piezoelektrické vlastnosti elektromechanického vazebního koeficientu hodnota kp v podstatě není ovlivněna teplotou polarizace, která může být polarizována při nižších teplotách, jako např. systém PZT s měkkými přísadami. Některé materiály vyžadují polarizaci při vyšších teplotách, aby měly větší kp, např. PZT piezoelektrický keramický prvek s tvrdými přísadami. V praxi, když je zvolena teplota polarizace, je teplota vyšší, protože zvýšení teploty polarizace může zkrátit dobu polarizace a zlepšit účinnost polarizace. Při vyšších teplotách se však často setkáváme s problémem, že měrný odpor produktu je příliš malý, svodový proud je velký a výdržné napětí je nízké, to znamená, že nelze přidat napětí. Kromě toho, že to souvisí s formulací, souvisí to také se špatnou hustotou a nízkým elektrickým odporem. U článků, které se týkají pouze formulace, se sníží pouze polarizační pole a prodlouží se doba polarizace.

(3) Polarizovaný čas