Mikä on pietsosähköisen keramiikan polarisaatio

Se, onko pietsokeramiikan polarisaatioprosessi riittävä vai ei, vaikuttaa suuresti materiaalin ominaisuuksiin. Siksi on tarpeen valita kohtuudella polarisaatioolosuhteet, polarisaation sähkökenttä, polarisaatiolämpötila ja polarisaatioaika, joita kutsutaan polarisaation kolmeksi elementiksi.

(1) Polarisoitu sähkökenttä

Domeenit voidaan kohdistaa sähkökentän suuntaan polarisoidun sähkökentän vaikutuksesta, joten se on päätekijä polarisaatiotilanteessa. Mitä suurempi on polarisaatiosähkökenttä, sitä suurempi on domeenien kohdistuksen vaikutus, sitä enemmän riittää polarisaatio. Mutta eri kaavojen tulisi olla erilaisia ​​korkeudeltaan. Polarisoidun sähkökentän suuruus riippuu pääasiassa pietsosähköisen keramiikan koersitiivikentästä EC. Polarisaatiosähkökentän on oltava suurempi kuin EC, jotta alueet ohjataan ja kohdistuisivat ulkoisen kentän suuntaan. Se on yleensä 2-3 kertaa suurempi kuin EC. EC:n koko liittyy pietsokeramiikan koostumukseen ja rakenteeseen. Tetragonaalifaasin PZT-pohjaisissa materiaaleissa EC kasvaa Zr/Ti-suhteen pienentyessä. Kolmisuuntaisella alueella EC:n muutos Zr/Ti-suhteella ei ole merkittävä. Jos substituutiosuhde pienenee, materiaalin kiteen akselisuhde c/a, 90o alueen kierto tuottaa pienen sisäisen jännityksen, pyöriminen on helppoa ja EC on pienempi. Pehmeät lisäaineet vähentävät EC:tä ja kovat lisäaineet lisäävät EC:tä. Käytännöllinen PZT-sarjan materiaali EC on välillä 0,6-1,6 Kv/mm. Myös EC laskee lämpötilan noustessa. Siksi, jos polarisaatiolämpötila nousee, polarisaatiosähkökenttää voidaan vastaavasti pienentää.

Polarisoitua sähkökenttää rajoittaa myös pietsokeramiikan murtumislujuus Eb. Kun polarisoitu sähkökenttä saavuttaa Eb-koon, pietsokeramiikka muuttuu jätteeksi hajoamisen jälkeen. Eb laskee jyrkästi huokosten, halkeamien ja epätasaisen koostumuksen vuoksi. Siksi esivalmistusprosessin on varmistettava tuotteen tiheys ja tasaisuus. Eb-koko liittyy myös pietsokiekkojen ja -sylintereiden polarisaatiopaksuuteen, ja sen suhde vastaa karkeasti kaavaa: Eb = 26,2t0,39 , missä Eb on läpilyöntisähkökenttä (kV/cm) ja t on paksuus (cm). Siksi paksummissa tuotteissa polarisaatiosähkökenttää vähennetään vastaavasti nostamalla polarisaatiolämpötilaa, polarisaatioaikaa pidennetään hyvän polarisaatiovaikutuksen saavuttamiseksi.

Polarisoidun sähkökentän ja polarisaatioajan olosuhteissa, kun pietsosähköisten anturisovellusten polarisaatiolämpötila on korkea, alueen orientaation suunta on helpompi ja polarisaatiovaikutus on parempi. Tärkeimmät syyt ovat seuraavat: (1) Pietsokide-anisotropia pienenee lämpötilan noustessa ja alueen sisäinen jännitys pienenee, eli vastus on pieni, joten polarisaatio on helpompaa. 2 Hystereesisilmukka kapenee lämpötilan noustessa, eli koersitiivikenttä pienenee ja itse asiassa helpottaa alueen liikettä. 3 Tilavarausvaikutus pienenee lämpötilan noustessa. Jotkut epäpuhtaudet aiheuttavat tuotteessa suuren määrän avaruusvarausta, mikä johtaa vahvaan tilavarauskenttään, joka suojaa ulkoisesti kohdistettua polarisaatiokenttää, mikä ei edistä polarisaatiota. Lämpötilan noustessa tuotteen sähkönjohtavuus kasvaa, tilavaraus on helppo siirtyä, kertyminen vähenee ja tilavarauskentän suojavaikutus vähenee, mikä on suotuisa polarisaatiolle. Polarisaatiolämpötila liittyy materiaalin koostumukseen. Jotkut materiaalit heijastavat kattavasti pietsosähköisiä ominaisuuksia sähkömekaanisen kytkentäkertoimen kp arvoon ei periaatteessa vaikuta polarisaatiolämpötila, joka voidaan polarisoida alemmissa lämpötiloissa, kuten PZT-järjestelmä pehmeillä lisäaineilla. Jotkut materiaalit vaativat polarisaatiota korkeammissa lämpötiloissa saadakseen suuremman kp:n, kuten PZT pietsosähköinen keraaminen elementti kovilla lisäaineilla. Käytännössä polarisaatiolämpötilaa valittaessa lämpötila on korkeampi, koska polarisaatiolämpötilan nostaminen voi lyhentää polarisaatioaikaa ja parantaa polarisaation tehokkuutta. Korkeammissa lämpötiloissa ongelmana kuitenkin usein on, että tuotteen resistiivisyys on liian pieni, vuotovirta suuri ja kestojännite alhainen, eli jännitettä ei voida lisätä. Sen lisäksi, että tämä liittyy formulaatioon, se liittyy myös huonoon tiheyteen ja alhaiseen sähkövastuskykyyn. Tuotteissa, jotka liittyvät vain formulaatioon, vain polarisaatiokenttä pienenee ja polarisaatioaika pitenee.

(3) Polarisoitu aika