اخبار

شما اینجا هستید: صفحه اصلی / اخبار / مبانی سرامیک پیزوالکتریک / تجزیه و تحلیل پارامترهای عملکرد سرامیک پیزوالکتریک

تجزیه و تحلیل پارامترهای عملکرد سرامیکی پیزوالکتریک

بازدید: 10 نویسنده: ویرایشگر سایت زمان انتشار: 2018/11/28 منبع: سایت

پرس و جو کنید

ساخت عالی اجزای سرامیکی پیزوالکتریک معمولاً به الزاماتی برای عملکرد سرامیک های پیزوالکتریک نیاز دارند. زیرا عملکرد سرامیک های پیزوالکتریک تاثیر تعیین کننده ای بر کیفیت قطعات دارد. بنابراین، برای بحث و درک اجزای سرامیک پیزوالکتریک، ابتدا باید پارامترهای عملکرد و روش های اندازه گیری سرامیک های پیزوالکتریک را درک کنیم. سرامیک های پیزوالکتریک علاوه بر خواص دی الکتریک و الاستیک مواد دی الکتریک عمومی دارای خواص پیزوالکتریک هستند. سرامیک های پیزوالکتریک پس از عملیات پلاریزاسیون دارای ناهمسانگردی هستند و هر پارامتر عملکرد در جهات مختلف دارای مقادیر متفاوتی است که باعث می شود پارامترهای عملکرد سرامیک های پیزوالکتریک بسیار بیشتر از سرامیک های دی الکتریک همسانگرد عمومی باشد. . پارامترهای عملکردی متعدد سرامیک های پیزوالکتریک پایه مهمی برای استفاده گسترده از آن است.

(1) ثابت دی الکتریک
ثابت دی الکتریک بازتابی از خواص دی الکتریک a است پیزو استوانه پیزوسرامیک ، یا ماهیت پلاریزاسیون، و معمولاً با ε بیان می شود. اجزای سرامیکی پیزوالکتریک برای مقاصد مختلف نیازهای ثابت دی الکتریک متفاوتی برای سرامیک های پیزوالکتریک دارند. به عنوان مثال، یک قطعه صوتی مانند یک بلندگوی سرامیکی پیزوالکتریک به سرامیک نیاز دارد که ثابت دی الکتریک زیادی داشته باشد، و یک جزء سرامیکی پیزوالکتریک با فرکانس بالا به ماده ای نیاز دارد که ثابت دی الکتریک پایینی داشته باشد. رابطه بین ثابت دی الکتریک ε و ظرفیت C عنصر، ناحیه الکترود A و فاصله t بین الکترودها ε=C·t/A است. که در آن واحد هر پارامتر ظرفیت خازن C است، و ناحیه الکترود A M2، فاصله الکترود t m، و ثابت دی الکتریک ε F/m است. گاهی اوقات از گذردهی نسبی εr (یا κ) استفاده می شود که مربوط به گذردهی مطلق ε است. εr=ε/εo که در آن εo ثابت دی الکتریک خلاء (یا فضای آزاد)، εo=8.85×10-12 (F/m) است، در حالی که εr واحد و مقداری ندارد.

(2) قطبی شدن قبل از مبدل لوله های پیزو یک پلی کریستال همسانگرد وجود دارد که ثابت دی الکتریک یکسانی را در امتداد جهت های 1(x)، 2(y) و 3(z) دارد، یعنی فقط یک ثابت دی الکتریک. پس از عملیات پلاریزاسیون، یک پلی کریستال ناهمسانگرد به دلیل قطبش باقیمانده تولید شده در جهت قطبش تشکیل می شود. در این زمان، خواص دی الکتریک در جهت قطبش با دو جهت دیگر متفاوت است. اجازه دهید جهت پلاریزاسیون سرامیک در جهت 3 باشد: ε11 = ε22 ≠ ε 33. سرامیک پیزوالکتریک پلاریزه دارای دو ثابت دی الکتریک ε11 و ε33 است. با توجه به اثر پیزوالکتریک سرامیک های پیزوالکتریک، ثابت های دی الکتریک اندازه گیری نمونه ها در شرایط مکانیکی مختلف متفاوت است. در شرایط آزاد مکانیکی، ثابت دی الکتریک اندازه گیری شده ثابت دی الکتریک آزاد نامیده می شود و در εT، گوشه بالایی T نشان دهنده شرایط آزاد مکانیکی است. در شرایط گیره مکانیکی، ثابت دی الکتریک اندازه گیری به عنوان ثابت دی الکتریک گیره نامیده می شود که به صورت εS بیان می شود، و مرجع فوقانی S شرایط گیره مکانیکی است. از آنجایی که یک میدان الکتریکی اضافی توسط تغییر شکل در شرایط مکانیکی ایجاد می‌شود، و چنین اثری در شرایط گیره مکانیکی وجود ندارد، مقادیر اندازه‌گیری ثابت دی‌الکتریک در این دو شرایط متفاوت است. با توجه به موارد فوق، سرامیک پیزوالکتریک پلاریزه شده در سه جهت دارای چهار ثابت دی الکتریک به نام های ε11T، ε33T، ε11S، ε11S است.

(3) از دست دادن دی الکتریک
از دست دادن دی الکتریک مبدل پیزوسرامیک زیر آب یکی از شاخص های مهم کیفیت هر ماده دی الکتریک از جمله سرامیک های پیزوالکتریک است. تحت یک میدان الکتریکی متناوب، بار انباشته شده در محیط دارای دو بخش است: یکی بخش فعال (در فاز)، که توسط فرآیند رسانایی ایجاد می شود. و دیگری بخش واکنشی (هتروژن) است که در اثر فرآیند شل شدن محیط ایجاد می شود. نسبت مولفه خارج فاز به جزء درون فاز افت دی الکتریک، Ic جزء داخل فاز، IR جزء خارج فاز، زاویه بین Ic و جریان کل I δ، ω فرکانس زاویه ای میدان الکتریکی متناوب، و R مقاومت تلفات، C خازن دی الکتریک است. از فرمول (1-4) می توان دریافت که وقتی IR بزرگ است، tan δ نیز بزرگ است. ساعت IR tan δ نیز کوچک است. تلفات دی الکتریک که معمولاً با tan δ بیان می شود، مماس تلفات دی الکتریک یا ضریب تلفات نامیده می شود، یا به آن تلفات دی الکتریک می گویند. از دست دادن دی الکتریک در یک میدان الکترواستاتیک از فرآیند رسانایی در محیط حاصل می شود. تلفات دی الکتریک در یک میدان الکتریکی متناوب از تلفات دی الکتریک ناشی از فرآیند رسانایی و آرامش قطبش ناشی می شود. علاوه بر این، اتلاف دی الکتریک سرامیک های پیزوالکتریک فروالکتریک نیز به روند حرکت دیوارهای دامنه مربوط می شود، اما وضعیت پیچیده تر است.

(4) ثابت الاستیک

سرامیک های پیزوالکتریک یک الاستومر در محدوده حد الاستیک هستند، تنش باید متناسب باشد. بگذارید تنش T باشد که بر ورق سرامیکی پیزوالکتریک با سطح مقطع A اعمال می شود و کرنش ایجاد شده توسط S باشد. طبق قانون هوک، رابطه بین تنش T و کرنش S به صورت زیر است که در آن S ثابت صافی الاستیک است. واحد m2/N است. C ثابت سفتی الاستیک در N/m2 است. با این حال، هر ماده ای سه بعدی است، یعنی زمانی که تنش در جهت طولی اعمال می شود، کرنش نه تنها در جهت طولی بلکه در جهت عرض و ضخامت نیز ایجاد می شود. یک قطعه نازک مطابق شکل وجود دارد که طول آن در یک جهت و عرض آن در دو جهت است. اعمال تنش T1 در جهت 1 باعث می شود که ورق، کرنش S1 در جهت 1 و کرنش S2 در جهت 2 ایجاد کند و بدست آوردن S1=S11T1 از رابطه (1-5) دشوار نیست. S2=S12T1. دو ثابت انطباق الاستیک بالا S11 در مقایسه با S12.

(5) ثابت پیزوالکتریک

برای یک جامد معمولی، تنش T فقط باعث ایجاد کرنش متناسب S می شود مبدل لوله ای پیزوالکتریک Pzt که با مدول الاستیک مرتبط است، یعنی T = YS. سرامیک پیزوالکتریک دارای پیزوالکتریک است، یعنی در هنگام اعمال تنش می توان شارژ اضافی ایجاد کرد. بار تولید شده متناسب با تنش اعمال شده است. برای فشار و تنش، علامت مخالف است. جابجایی دی الکتریک D (منطقه بار) و تنش T (ناحیه نیرو) به صورت زیر بیان می شود: D=Q/A=dT که در آن d بر حسب کولن/نیوتن (C/N) است. این اثر پیزوالکتریک مثبت است. همچنین یک اثر پیزوالکتریک معکوس وجود دارد که با اعمال میدان الکتریکی E به تناسب کرنش S ایجاد می‌کند و کرنش حاصل بسته به جهت قطبش نمونه منبسط یا منقبض می‌شود. در فرمول S=dE، واحد d متر/ولت (m/v) است. ثابت تناسب d در دو معادله فوق ثابت کرنش پیزوالکتریک نامیده می شود. برای اثرات پیزوالکتریک مثبت و معکوس، d از نظر عددی یکسان است،

(6) ثابت فرکانس:

ثابت فرکانس حاصل ضرب فرکانس تشدید و بعد تعیین کننده رزونانس است. اگر میدان الکتریکی اعمال شده عمود بر جهت ارتعاش باشد، فرکانس تشدید فرکانس رزونانس سری است. اگر میدان الکتریکی با جهت ارتعاش موازی باشد، فرکانس تشدید فرکانس تشدید موازی است. بنابراین برای رزونانس مدهای 31 و 15 و رزونانس برای مد مسطح یا شعاعی، ثابت فرکانس مربوطه NE1، NE5 و NEP و ثابت فرکانس تشدید مد 33 ND3 است. برای یک میله بلند قطبی شده طولی، ثابت فرکانس ارتعاش طولی معمولاً با ND3 بیان می شود. برای یک ویفر نازک با هر اندازه ای که در برابر قطبش خطی مقاوم است، ثابت فرکانس ارتعاش کشش ضخامت معمولاً با NDT بیان می شود. NDT و NDP ویفر پارامترهای مهمی هستند. به جز ثابت فرکانس NDP، سایر ثابت های فرکانس برابر با نیمی از سرعت اصلی صوت در بدنه پیزوسرامیک هستند، یعنی ND = 1/2 (SDpm) - 1/2 و NE = 1/2 (SEpm) - 1/2، که در آن SD =SE(1-K2)، هر ثابت فرکانس دارای یک گوشه پایینی مربوطه است.