Nyheder

Du er her: Hjem / Nyheder / Grundlæggende om piezoelektrisk keramik / Analyse af piezoelektriske keramiske ydeevneparametre

Analyse af piezoelektriske keramiske ydeevneparametre

Visninger: 10 Forfatter: Webstedsredaktør Udgivelsestid: 28-11-2018 Oprindelse: websted

Spørge

Fremstilling af fremragende piezoelektriske keramiske komponenter kræver normalt krav til ydeevnen af piezoelektrisk keramik. Fordi ydeevnen af piezoelektrisk keramik har en afgørende indflydelse på kvaliteten af komponenter. Derfor, for at diskutere og forstå komponenterne i piezoelektrisk keramik, skal vi først forstå ydeevneparametrene og målemetoderne for piezoelektrisk keramik. Piezoelektriske keramik har piezoelektriske egenskaber ud over de dielektriske og elastiske egenskaber af almindelige dielektriske materialer. Piezoelektrisk keramik har anisotropi efter polariseringsbehandling, og hver ydeevneparameter har forskellige værdier i forskellige retninger, hvilket gør ydeevneparametrene for piezoelektriske keramik meget mere end den generelle isotropiske dielektriske keramik. . De mange ydeevneparametre for piezoelektrisk keramik er et vigtigt grundlag for dens udbredte anvendelse.

(1) Dielektrisk konstant
Den dielektriske konstant er en afspejling af de dielektriske egenskaber af en piezo cylinde piezoceramic , eller arten af polarisering, og udtrykkes normalt ved ε. Piezoelektriske keramiske komponenter til forskellige formål har forskellige dielektriske konstantkrav til piezoelektrisk keramik. For eksempel kræver en lydkomponent, såsom en piezoelektrisk keramisk højttaler, at en keramik har en stor dielektrisk konstant, og en højfrekvent piezoelektrisk keramisk komponent kræver, at et materiale har en lav dielektrisk konstant. Forholdet mellem den dielektriske konstant ε og kapacitansen C af elementet, elektrodearealet A og afstanden t mellem elektroderne er ε=C·t/A .hvor enheden for hver parameter er kapacitansen C er F, og elektrodearealet A er M2, elektrodeafstanden t er m, og den dielektriske konstant ε er F/m. Nogle gange bruges den relative permittivitet εr (eller κ), som er relateret til den absolutte permittivitet ε. εr=ε/εo hvor εo er den dielektriske konstant for vakuum (eller ledigt rum), εo=8,85×10-12 (F/m), mens εr ikke har nogen enhed og en værdi.

(2) Polariseringen af piezorørs transducer er forudgået af en isotrop polykrystal, som har den samme dielektricitetskonstant langs 1(x), 2(y) og 3(z) retningerne, det vil sige kun én dielektrisk konstant. Efter polarisationsbehandlingen dannes en anisotrop polykrystal på grund af den resterende polarisering, der genereres i polarisationsretningen. På dette tidspunkt er de dielektriske egenskaber i polarisationsretningen forskellige fra dem i de to andre retninger. Lad keramikkens polarisationsretning være i 3-retningen: ε11 = ε22 ≠ ε 33. Den polariserede piezoelektriske keramik har to dielektriske konstanter ε11 og ε33. På grund af den piezoelektriske effekt af piezoelektrisk keramik er prøvernes dielektriske konstanter forskellige under forskellige mekaniske forhold. Under mekanisk frie forhold kaldes den målte dielektriske konstant den frie dielektriske konstant, og i εT repræsenterer det øverste hjørne T den mekaniske frie tilstand. Under mekaniske fastspændingsforhold omtales den målende dielektriske konstant som den fastspændende dielektriske konstant, udtrykt som εS, og den øvre reference S er den mekaniske fastspændingstilstand. Da der er et yderligere elektrisk felt genereret af deformation under de mekaniske forhold, og der ikke er en sådan effekt under mekaniske fastspændingsbetingelser, er værdierne af dielektriske konstanter måling under de to forhold forskellige. Ifølge ovenstående har den piezoelektriske keramik polariseret i de tre retninger fire dielektriske konstanter, nemlig ε11T, ε33T, ε11S, ε11S.

(3) dielektrisk tab
Dielektrisk tab af undervands piezokeramisk transducer er en af de vigtige kvalitetsindikatorer for ethvert dielektrisk materiale, herunder piezoelektrisk keramik. Under et vekslende elektrisk felt akkumuleres ladningen i mediet har to dele: den ene er den aktive del (i fase), som er forårsaget af konduktansprocessen; og den anden er den reaktive del (heterogen), som er forårsaget af mediets afslapningsproces. Forholdet mellem udfasekomponenten og ifasekomponenten af det dielektriske tab, Ic er ifasekomponenten, IR er udfasekomponenten, vinklen mellem Ic og den samlede strøm I er δ, ω er vinkelfrekvensen af det vekslende elektriske felt, og C er den dielektriske modstandskraft, og C er dielektricitetsmodstanden. Det kan ses af formlen (1-4), at når IR er stor, er tan δ også stor; IR time tan δ er også lille. Det dielektriske tab normalt udtrykt ved tan δ kaldes det dielektriske tabs tangens eller tabsfaktor, eller det kaldes dielektrisk tab. Tabet af dielektrikum i et elektrostatisk felt er afledt af konduktansprocessen i mediet. Det dielektriske tab i et vekslende elektrisk felt er afledt af det dielektriske tab forårsaget af konduktansprocessen og polarisationsrelaksation. Derudover er det dielektriske tab af ferroelektrisk piezoelektrisk keramik også relateret til bevægelsesprocessen af domænevægge, men situationen er mere kompliceret.

(4) Elastisk konstant

Piezoelektrisk keramik er en elastomer i rækken af elastiske grænser, spændingen skal være proportional. Lad spændingen være T, påført den piezoelektriske keramiske plade med tværsnitsarealet A, og tøjningen genereret af S. Ifølge Hookes lov er forholdet mellem spændingen T og tøjningen S som følger, hvor S er den elastiske glathedskonstant. Enheden er m2/N; C er den elastiske stivhedskonstant i N/m2. Ethvert materiale er imidlertid tredimensionelt, det vil sige, når spænding påføres i længderetningen, genereres belastning ikke kun i længderetningen, men også i bredde- og tykkelsesretningerne. Der er et tyndt stykke som vist, hvis længde er i én retning og bredden i to retninger. Påføring af spændingen T1 i retningen 1 får arket til at generere spændingen S1 i 1-retningen og belastningen S2 i retningen 2, og det er ikke vanskeligt at opnå S1=S11T1 fra ligningen (1-5); S2=S12T1. Ovenstående to elastiske overensstemmelseskonstanter S11 sammenlignet med S12.

(5) Piezoelektrisk konstant

For et typisk fast stof forårsager spændingen T kun en proportional belastning S af Pzt piezoelektrisk rørformet transducer , som er relateret til elasticitetsmodulet, det vil sige T = YS; det piezoelektriske keramik har piezoelektricitet, det vil sige, at der kan genereres en ekstra ladning, når der påføres stress. Den genererede ladning er proportional med den påførte spænding. For tryk og spænding er tegnet modsat. Den dielektriske forskydning D (ladningsareal) og spænding T (kraftareal) er udtrykt som følger: D=Q/A=dT hvor d er i coulomb/newton (C/N). Dette er den positive piezoelektriske effekt. Der er også en omvendt piezoelektrisk effekt, der producerer en belastning S proportionelt, når et elektrisk felt E påføres, og den resulterende belastning enten udvides eller kontraheres afhængigt af prøvens polarisationsretning.I formlen S=dE er enheden for d meter/volt (m/v). Proportionalitetskonstanten d i de to ovenstående ligninger kaldes den piezoelektriske tøjningskonstant. For positive og omvendte piezoelektriske effekter er d numerisk den samme,

(6) Frekvenskonstant:

Frekvenskonstanten er produktet af resonansfrekvensen og den dimension, der bestemmer resonansen. Hvis det påførte elektriske felt er vinkelret på vibrationsretningen, er resonansfrekvensen serieresonansfrekvensen; hvis det elektriske felt er parallelt med vibrationsretningen, er resonansfrekvensen den parallelle resonansfrekvens. For resonansen af 31 og 15 moduserne og resonansen for den plane eller radiale modus er de tilsvarende frekvenskonstanter NE1, NE5 og NEP, og resonansfrekvenskonstanten for 33 modusen er ND3. For en langsgående polariseret lang stang er frekvenskonstanten for den langsgående vibration normalt udtrykt ved ND3; for en tynd wafer af enhver størrelse, der er modstandsdygtig over for lineær polarisering, er frekvenskonstanten for tykkelsesstrækningsvibrationen normalt udtrykt ved NDT. NDT og NDP af waferen er vigtige parametre. Bortset fra frekvenskonstanten NDP er de øvrige frekvenskonstanter lig med halvdelen af hovedlydhastigheden i det piezokeramiske legeme, det vil sige ND = 1/2 (SDpm) - 1/2 og NE = 1/2 (SEpm) - 1/2, hvor SD =SE(1-K2), hver frekvenskonstant har et tilsvarende nederste hjørne.