Nieuws

U bent hier: Thuis / Nieuws / Basisprincipes van piëzo-elektrische keramiek / Analyse van piëzo-elektrische keramische prestatieparameters

Analyse van piëzo-elektrische keramische prestatieparameters

Bekeken: 10 Auteur: Site-editor Publicatietijd: 28-11-2018 Herkomst: Locatie

Informeer

De vervaardiging van uitstekend piëzo-elektrische keramische componenten vereisen doorgaans eisen aan de prestaties van piëzo-elektrische keramiek. Omdat de prestaties van piëzo-elektrische keramiek een beslissende invloed hebben op de kwaliteit van componenten. Om de componenten van piëzo-elektrische keramiek te bespreken en te begrijpen, moeten we daarom eerst de prestatieparameters en meetmethoden van piëzo-elektrische keramiek begrijpen. Piëzo-elektrische keramiek heeft piëzo-elektrische eigenschappen naast de diëlektrische en elastische eigenschappen van algemene diëlektrische materialen. Piëzo-elektrische keramiek heeft anisotropie na polarisatiebehandeling en elke prestatieparameter heeft verschillende waarden in verschillende richtingen, waardoor de prestatieparameters van piëzo-elektrische keramiek veel hoger zijn dan die van de algemene isotrope diëlektrische keramiek. . De talrijke prestatieparameters van piëzo-elektrische keramiek vormen een belangrijke basis voor het wijdverbreide gebruik ervan.

(1) Diëlektrische constante
De diëlektrische constante is een weerspiegeling van de diëlektrische eigenschappen van a piëzo cylinde piëzokeramiek , of de aard van polarisatie, en wordt meestal uitgedrukt doorε. Piëzo-elektrische keramische componenten voor verschillende doeleinden hebben verschillende diëlektrische constante-eisen voor piëzo-elektrische keramiek. Een audiocomponent zoals een piëzo-elektrische keramische luidspreker vereist bijvoorbeeld dat keramiek een grote diëlektrische constante heeft, en een hoogfrequente piëzo-elektrische keramische component vereist dat een materiaal een lage diëlektrische constante heeft. De relatie tussen de diëlektrische constante ε en de capaciteit C van het element, het elektrodegebied A en de afstand t tussen de elektroden is ε=C·t/A. De eenheid van elke parameter is de capaciteit C is F, en het elektrodegebied A is M2, de elektrode-afstand t is m, en de diëlektrische constante ε is F/m. Soms wordt de relatieve permittiviteit εr (of κ) gebruikt, die gerelateerd is aan de absolute permittiviteit ε. εr=ε/εo waarbij εo de diëlektrische constante van vacuüm (of vrije ruimte) is, εo=8,85×10-12 (F/m), terwijl εr geen eenheid en waarde heeft.

(2) De polarisatie van De piëzobuistransducer wordt voorafgegaan door een isotroop polykristal, dat dezelfde diëlektrische constante heeft langs de 1(x), 2(y) en 3(z) richtingen, dat wil zeggen slechts één diëlektrische constante. Na de polarisatiebehandeling wordt een anisotroop polykristal gevormd als gevolg van de resterende polarisatie die in de polarisatierichting wordt gegenereerd. Op dit moment zijn de diëlektrische eigenschappen in de polarisatierichting verschillend van die in de andere twee richtingen. Laat de polarisatierichting van het keramiek in de 3-richting zijn: ε11 = ε22 ≠ ε 33. Het gepolariseerde piëzo-elektrische keramiek heeft twee diëlektrische constanten ε11 en ε33. Vanwege het piëzo-elektrische effect van piëzo-elektrische keramiek zijn de meetdiëlektrische constanten van de monsters verschillend onder verschillende mechanische omstandigheden. Onder mechanisch vrije omstandigheden wordt de gemeten diëlektrische constante de vrije diëlektrische constante genoemd, en in εT vertegenwoordigt de bovenhoek T de mechanisch vrije toestand. Onder mechanische klemomstandigheden wordt de diëlektrische meetconstante de diëlektrische klemconstante genoemd, uitgedrukt als εS, en de bovenste referentie S is de mechanische klemvoorwaarde. Omdat er onder de mechanische omstandigheden een extra elektrisch veld wordt gegenereerd door vervorming, en er geen dergelijk effect is onder mechanische klemomstandigheden, zijn de waarden van de meting van de diëlektrische constanten onder de twee omstandigheden verschillend. Volgens het bovenstaande heeft het in de drie richtingen gepolariseerde piëzo-elektrische keramiek vier diëlektrische constanten, namelijk ε11T, ε33T, ε11S, ε11S.

(3) diëlektrisch verlies
Diëlektrisch verlies van onderwater piëzokeramische transducer is een van de belangrijke kwaliteitsindicatoren van elk diëlektrisch materiaal, inclusief piëzo-elektrische keramiek. Onder een wisselend elektrisch veld wordt de lading geaccumuleerd in het medium en bestaat uit twee delen: het ene is het actieve deel (in fase), dat wordt veroorzaakt door het geleidingsproces; en de andere is het reactieve deel (heterogeen), dat wordt veroorzaakt door het relaxatieproces van het medium. De verhouding van de uit-fase component tot de in-fase component van het diëlektrische verlies, Ic is de in-fase component, IR is de uit-fase component, de hoek tussen Ic en de totale stroom I is δ, ω is de hoekfrequentie van het elektrische wisselveld, en R is de verliesweerstand, C is de diëlektrische condensator. Uit de formule (1-4) blijkt dat wanneer de IR groot is, de tan δ ook groot is; de IR-uur tan δ is ook klein. Het diëlektrische verlies dat gewoonlijk wordt uitgedrukt door tan δ wordt de diëlektrische verliestangens of verliesfactor genoemd, of wordt diëlektrisch verlies genoemd. Het verlies aan diëlektricum in een elektrostatisch veld wordt afgeleid van het geleidingsproces in het medium. Het diëlektrische verlies in een elektrisch wisselveld wordt afgeleid van het diëlektrische verlies dat wordt veroorzaakt door het geleidingsproces en de polarisatie-relaxatie. Bovendien houdt het diëlektrische verlies van ferro-elektrische piëzo-elektrische keramiek ook verband met het bewegingsproces van domeinwanden, maar de situatie is ingewikkelder.

(4) Elastische constante

Piëzo-elektrische keramiek is een elastomeer in het bereik van elastische limieten, spanning moet proportioneel zijn. Laat de spanning T zijn, uitgeoefend op de piëzo-elektrische keramische plaat met het dwarsdoorsnedeoppervlak A, en de spanning gegenereerd door S. Volgens de wet van Hooke is de relatie tussen de spanning T en de spanning S als volgt, waarbij S de elastische gladheidsconstante is. De eenheid is m2/N; C is de elastische stijfheidsconstante in N/m2. Elk materiaal is echter driedimensionaal, dat wil zeggen dat wanneer er spanning wordt uitgeoefend in de lengterichting, er niet alleen spanning ontstaat in de lengterichting, maar ook in de breedte- en dikterichting. Er is een dun stukje zoals afgebeeld, waarvan de lengte in één richting is en de breedte in twee richtingen. Het uitoefenen van de spanning T1 in de richting van 1 zorgt ervoor dat de plaat de rek S1 in de 1-richting en de rek S2 in de richting 2 genereert, en het is niet moeilijk om de S1=S11T1 uit de vergelijking (1-5) te verkrijgen; S2=S12T1. De bovenstaande twee elastische compliantieconstanten S11 vergeleken met S12.

(5) Piëzo-elektrische constante

Voor een typische vaste stof veroorzaakt de spanning T slechts een proportionele rek S van Pzt piëzo-elektrische buisvormige transducer , die verband houdt met de elastische modulus, dat wil zeggen T = YS; het piëzo-elektrische keramiek heeft piëzo-elektriciteit, dat wil zeggen dat er een extra lading kan worden gegenereerd wanneer er spanning op wordt uitgeoefend. De gegenereerde lading is evenredig met de uitgeoefende spanning. Voor druk en spanning is het teken tegenovergesteld. De diëlektrische verplaatsing D (ladingsoppervlak) en spanning T (krachtoppervlak) worden als volgt uitgedrukt: D=Q/A=dT waarbij d is in coulomb/newton (C/N). Dit is het positieve piëzo-elektrische effect. Er is ook een omgekeerd piëzo-elektrisch effect dat proportioneel een spanning S veroorzaakt wanneer een elektrisch veld E wordt aangelegd, en de resulterende spanning wordt vergroot of samengetrokken, afhankelijk van de polarisatierichting van het monster. In de formule S=dE is de eenheid van d meter/volt (m/v). De evenredigheidsconstante d in de bovenstaande twee vergelijkingen wordt de piëzo-elektrische spanningsconstante genoemd. Voor positieve en inverse piëzo-elektrische effecten is d numeriek hetzelfde,

(6) Frequentieconstante:

De frequentieconstante is het product van de resonantiefrequentie en de dimensie die de resonantie bepaalt. Als het aangelegde elektrische veld loodrecht op de trillingsrichting staat, is de resonantiefrequentie de serieresonantiefrequentie; als het elektrische veld evenwijdig is aan de trillingsrichting, is de resonantiefrequentie de parallelle resonantiefrequentie. Daarom zijn voor de resonantie van de 31- en 15-modi en de resonantie voor de vlakke of radiale modus de overeenkomstige frequentieconstanten NE1, NE5 en NEP, en is de resonantiefrequentieconstante van de 33-modus ND3. Voor een longitudinaal gepolariseerde lange staaf wordt de frequentieconstante van de longitudinale trilling gewoonlijk uitgedrukt door ND3; voor een dunne wafer van elke grootte die bestand is tegen lineaire polarisatie, wordt de frequentieconstante van de dikte-uitrektrilling gewoonlijk uitgedrukt door NDT. De NDT en NDP van de wafer zijn belangrijke parameters. Behalve de frequentieconstante NDP zijn de andere frequentieconstanten gelijk aan de helft van de hoofdgeluidssnelheid in het piëzokeramische lichaam, dat wil zeggen ND = 1/2 (SDpm) - 1/2 en NE = 1/2 (SEpm) - 1/2, waarbij SD =SE(1-K2), elke frequentieconstante heeft een overeenkomstige onderhoek.