Qual è la polarizzazione delle ceramiche piezoelettriche

Il fatto che il processo di polarizzazione della piezoceramica sia sufficiente o meno ha una grande influenza sulle proprietà del materiale. Pertanto, è necessario selezionare ragionevolmente le condizioni di polarizzazione, il campo elettrico di polarizzazione, la temperatura di polarizzazione e il tempo di polarizzazione, che vengono definiti i tre elementi di polarizzazione.

(1) Campo elettrico polarizzato

I domini possono essere allineati nella direzione del campo elettrico sotto l'azione di un campo elettrico polarizzato, quindi è il fattore principale nella condizione di polarizzazione. Quanto maggiore è il campo elettrico di polarizzazione, tanto maggiore è l'effetto dell'allineamento dei domini, tanto più sufficiente è la polarizzazione. Ma formule diverse dovrebbero essere diverse in altezza. L'entità del campo elettrico polarizzato dipende principalmente dal campo coercitivo EC della ceramica piezoelettrica. Il campo elettrico di polarizzazione deve essere maggiore dell'EC per orientare i domini e allinearli nella direzione del campo esterno. In genere è 2-3 volte quello dell'EC. La dimensione dell'EC è correlata alla composizione e alla struttura della ceramica piezoelettrica. Per i materiali a base PZT in fase tetragonale, la EC aumenta al diminuire del rapporto Zr/Ti. Nella regione delle tre direzioni, la variazione della EC con il rapporto Zr/Ti non è significativa. Se il rapporto di sostituzione diminuisce, il rapporto dell'asse cristallino c/a del materiale, la rotazione del dominio di 90° produce un piccolo stress interno, la rotazione è facile e l'EC è inferiore. Gli additivi morbidi riducono l’EC e gli additivi duri aumentano l’EC. La pratica EC del materiale della serie PZT è compresa tra 0,6 e 1,6 Kv/mm. Anche la CE diminuisce con l'aumentare della temperatura. Pertanto, se la temperatura di polarizzazione aumenta, il campo elettrico di polarizzazione può essere corrispondentemente ridotto.

Il campo elettrico polarizzato è limitato anche dalla resistenza alla rottura Eb della ceramica piezoelettrica. Una volta che il campo elettrico polarizzato raggiunge la dimensione Eb, la ceramica piezoelettrica diventa un rifiuto dopo la rottura. Il Mib cala bruscamente a causa della presenza di pori, crepe e composizione irregolare. Pertanto il processo di pre-preparazione deve garantire la densità e l'uniformità del prodotto. La dimensione Eb è anche correlata allo spessore di polarizzazione dei dischi e dei cilindri piezoelettrici, e la sua relazione è approssimativamente conforme alla formula: Eb = 26,2t0,39, dove Eb è il campo elettrico di rottura (kV/cm) e t è lo spessore (cm). Pertanto, per i prodotti più spessi, il campo elettrico di polarizzazione viene corrispondentemente ridotto aumentando la temperatura di polarizzazione, il tempo di polarizzazione viene prolungato per ottenere un buon effetto di polarizzazione.

Nelle condizioni di campo elettrico polarizzato e tempo di polarizzazione, quando la temperatura di polarizzazione delle applicazioni dei trasduttori piezoelettrici è elevata, l'orientamento dell'orientamento del dominio è più semplice e l'effetto di polarizzazione è migliore. Le ragioni principali sono le seguenti: (1) L'anisotropia del piezocristallo diminuisce con l'aumentare della temperatura e lo stress interno del dominio diventa minore, cioè la resistenza è piccola, quindi la polarizzazione è più facile. 2 L'anello di isteresi si restringe all'aumentare della temperatura, cioè il campo coercitivo diventa più piccolo, e di fatto facilita il movimento del dominio. 3 L'effetto della carica spaziale diminuisce con l'aumentare della temperatura. Alcune impurità causano una grande quantità di carica spaziale nel prodotto, determinando un forte campo di carica spaziale, che scherma il campo di polarizzazione applicato esternamente, che non favorisce la polarizzazione. Quando la temperatura aumenta, la conduttività elettrica del prodotto aumenta, la carica spaziale è facile da migrare, l'accumulo si riduce e l'effetto schermante del campo di carica spaziale si riduce, il che è favorevole alla polarizzazione. La temperatura di polarizzazione è correlata alla composizione del materiale. Alcuni materiali riflettono in modo completo le proprietà piezoelettriche del coefficiente di accoppiamento elettromeccanico, il valore kp non è sostanzialmente influenzato dalla temperatura di polarizzazione, che può essere polarizzata a temperature più basse, come il sistema PZT con additivi morbidi. Alcuni materiali richiedono la polarizzazione a temperature più elevate per avere kp maggiori, come PZT elemento ceramico piezoelettrico con additivi duri. In pratica, quando viene selezionata la temperatura di polarizzazione, la temperatura è più alta, poiché l'aumento della temperatura di polarizzazione può ridurre il tempo di polarizzazione e migliorare l'efficienza di polarizzazione. Tuttavia, a temperature più elevate, il problema spesso riscontrato è che la resistività del prodotto è troppo piccola, la corrente di dispersione è elevata e la tensione di resistenza è bassa, ovvero non è possibile aggiungere tensione. Questo, oltre ad essere legato alla formulazione, è legato anche alla scarsa densità e alla bassa resistività elettrica. Per gli articoli legati solo alla formulazione viene ridotto solo il campo di polarizzazione e viene prolungato il tempo di polarizzazione.

(3) Tempo polarizzato