قطبش سرامیک های پیزوالکتریک چیست؟

اینکه آیا فرآیند پلاریزاسیون پیزو سرامیک کافی است یا نه، تأثیر زیادی بر خواص مواد دارد. بنابراین لازم است شرایط پلاریزاسیون، میدان الکتریکی پلاریزاسیون، دمای پلاریزاسیون و زمان پلاریزاسیون که به عنوان سه عنصر پلاریزاسیون شناخته می شوند، به طور معقول انتخاب شوند.

(1) میدان الکتریکی قطبی شده

دامنه ها را می توان در جهت میدان الکتریکی تحت عمل یک میدان الکتریکی قطبی شده تراز کرد، بنابراین عامل اصلی در شرایط پلاریزاسیون است. هرچه میدان الکتریکی پلاریزاسیون بیشتر باشد، تأثیر هم ترازی دامنه ها بیشتر است، قطبش کافی تر است. اما فرمول های مختلف باید در ارتفاع متفاوت باشند. بزرگی میدان الکتریکی قطبی شده عمدتاً به میدان اجباری EC سرامیک پیزوالکتریک بستگی دارد. میدان الکتریکی قطبش باید بزرگتر از EC باشد تا دامنه ها را هدایت کند و در جهت میدان خارجی تراز شود. معمولاً 2-3 برابر EC است. اندازه EC به ترکیب و ساختار سرامیک پیزو مرتبط است. برای مواد مبتنی بر PZT فاز چهارضلعی، EC با کاهش نسبت Zr/Ti در حال افزایش است. در ناحیه سه جهتی، تغییر EC با نسبت Zr/Ti قابل توجه نیست. اگر نسبت جانشینی کاهش یابد، نسبت محور کریستالی c/a ماده، چرخش دامنه 90 درجه یک تنش داخلی کوچک ایجاد می کند، چرخش آسان است و EC کمتر است. افزودنی های نرم EC را کاهش می دهند و افزودنی های سخت EC را افزایش می دهند. EC مواد کاربردی سری PZT در محدوده 0.6-1.6 Kv/mm است. EC نیز با افزایش دما کاهش می یابد. بنابراین، اگر دمای پلاریزاسیون افزایش یابد، میدان الکتریکی پلاریزاسیون را می توان به نسبت کاهش داد.

میدان الکتریکی قطبی شده نیز توسط قدرت شکست Eb سرامیک پیزو محدود می شود. هنگامی که میدان الکتریکی قطبی شده به اندازه Eb می رسد، سرامیک های پیزو پس از تجزیه تبدیل به زباله می شوند. Eb به دلیل وجود منافذ، ترک ها و ترکیب ناهموار به شدت افت می کند. بنابراین، فرآیند پیش آماده سازی باید از تراکم و یکنواختی محصول اطمینان حاصل کند. اندازه Eb همچنین به ضخامت پلاریزاسیون دیسک‌های پیزو و استوانه‌ها مرتبط است و رابطه آن تقریباً با فرمول مطابقت دارد: Eb = 26.2t0.39، که در آن Eb میدان الکتریکی شکست (kV/cm) و t ضخامت (cm) است. بنابراین، برای محصولات ضخیم‌تر، میدان الکتریکی پلاریزاسیون با افزایش دمای قطبش کاهش می‌یابد، زمان پلاریزاسیون برای دستیابی به یک اثر قطبش خوب طولانی‌تر می‌شود.

تحت شرایط میدان الکتریکی پلاریزه و زمان پلاریزاسیون، زمانی که دمای پلاریزاسیون کاربردهای مبدل پیزوالکتریک بالا باشد، جهت گیری دامنه آسان تر و اثر پلاریزاسیون بهتر است. دلایل اصلی به شرح زیر است: (1) ناهمسانگردی کریستال پیزو با افزایش دما کاهش می یابد و تنش داخلی دامنه کوچکتر می شود، یعنی مقاومت کوچک است، بنابراین پلاریزاسیون آسان تر می شود. 2 حلقه پسماند با افزایش دما باریکتر می شود، یعنی میدان اجباری کوچکتر می شود و در واقع حرکت دامنه را آسان می کند. 3 اثر بار فضا با افزایش دما کاهش می یابد. برخی ناخالصی ها باعث ایجاد مقدار زیادی بار فضایی در محصول می شوند که در نتیجه میدان بار فضایی قوی ایجاد می شود و میدان قطبش خارجی اعمال شده را محافظت می کند که برای قطبش مساعد نیست. هنگامی که دما افزایش می یابد، هدایت الکتریکی محصول افزایش می یابد، بار فضایی به راحتی مهاجرت می کند، تجمع کاهش می یابد و اثر محافظ میدان بار فضایی کاهش می یابد، که برای قطبش مطلوب است. دمای پلاریزاسیون به ترکیب مواد مربوط می شود. برخی از مواد به طور جامع خواص پیزوالکتریک ضریب جفت الکترومکانیکی را منعکس می کنند. مقدار kp اساساً تحت تأثیر دمای قطبش قرار نمی گیرد که می تواند در دماهای پایین تر مانند سیستم PZT با افزودنی های نرم قطبی شود. برخی از مواد برای داشتن kp بزرگتر نیاز به پلاریزاسیون در دماهای بالاتر دارند، مانند PZT عنصر سرامیکی پیزوالکتریک با افزودنی های سخت. در عمل، زمانی که دمای پلاریزاسیون انتخاب می شود، دما بالاتر است، زیرا افزایش دمای پلاریزاسیون می تواند زمان پلاریزاسیون را کوتاه کند و راندمان پلاریزاسیون را بهبود بخشد. با این حال، در دماهای بالاتر، مشکلی که اغلب با آن مواجه می شود این است که مقاومت محصول بسیار کوچک است، جریان نشتی زیاد است و ولتاژ مقاومت کم است، یعنی نمی توان ولتاژ را اضافه کرد. این موضوع علاوه بر ارتباط با فرمولاسیون، به چگالی ضعیف و مقاومت الکتریکی کم نیز مربوط می شود. برای مقالاتی که فقط مربوط به فرمولاسیون هستند، فقط میدان پلاریزاسیون کاهش می یابد و زمان پلاریزاسیون افزایش می یابد.

(3) زمان قطبی شده