Wat is de polarisatie van piëzo-elektrische keramiek

Of het polarisatieproces van piëzo-keramiek voldoende is of niet, heeft een grote invloed op de materiaaleigenschappen. Daarom is het noodzakelijk om op redelijke wijze de polarisatieomstandigheden, het elektrische polarisatieveld, de polarisatietemperatuur en de polarisatietijd te selecteren, waarnaar wordt verwezen als de drie polarisatie-elementen.

(1) Gepolariseerd elektrisch veld

De domeinen kunnen worden uitgelijnd in de richting van het elektrische veld onder invloed van een gepolariseerd elektrisch veld, dus het is de belangrijkste factor in de polarisatietoestand. Hoe hoger het elektrische veld van de polarisatie is, des te groter is het effect van de uitlijning van de domeinen, de polarisatie is voldoende. Maar verschillende formules moeten qua hoogte verschillen. De grootte van het gepolariseerde elektrische veld hangt voornamelijk af van het coërcitieve veld EC van het piëzo-elektrische keramiek. Het elektrische polarisatieveld moet groter zijn dan de EC om de domeinen te sturen en uit te lijnen in de richting van het externe veld. Het is over het algemeen 2-3 maal zo hoog als de EC. De grootte van de EC hangt samen met de samenstelling en structuur van het piëzo-keramiek. Voor op PZT gebaseerde materialen in de tetragonale fase neemt de EC toe naarmate de Zr/Ti-verhouding afneemt. In het drierichtingsgebied is de verandering in EC met de Zr/Ti-verhouding niet significant. Als de substitutieverhouding afneemt, de kristalasverhouding c/a van het materiaal, produceert de 90o-domeinrotatie een kleine interne spanning, is de rotatie gemakkelijk en is de EC lager. Zachte additieven verlagen de EC en harde additieven verhogen de EC. Het praktische materiaal EC uit de PZT-serie ligt in het bereik van 0,6-1,6 Kv/mm. De EC neemt ook af bij toenemende temperatuur. Daarom kan, als de polarisatietemperatuur toeneemt, het elektrische polarisatieveld overeenkomstig worden verminderd.

Het gepolariseerde elektrische veld wordt ook beperkt door de doorslagsterkte Eb van het piëzo-keramiek. Zodra het gepolariseerde elektrische veld de Eb-grootte bereikt, wordt het piëzo-keramiek na afbraak afval. Eb daalt sterk door de aanwezigheid van poriën, scheuren en ongelijkmatige samenstelling. Daarom moet het voorbereidingsproces de dichtheid en uniformiteit van het product garanderen. De Eb-grootte houdt ook verband met de polarisatiedikte van de piëzoschijven en cilinders, en de relatie ervan komt grofweg overeen met de formule: Eb = 26,2t0,39, waarbij Eb het elektrische doorslagveld (kV/cm) is en t de dikte (cm). Daarom wordt voor dikkere producten het elektrische polarisatieveld overeenkomstig verminderd door de polarisatietemperatuur te verhogen, en wordt de polarisatietijd verlengd om een ​​goed polarisatie-effect te bereiken.

Onder de voorwaarde van gepolariseerd elektrisch veld en polarisatietijd, wanneer de polarisatietemperatuur van piëzo-elektrische transducertoepassingen hoog is, is de oriëntatie van de domeinoriëntatie gemakkelijker en is het polarisatie-effect beter. De belangrijkste redenen zijn als volgt: (1) De piëzo-kristalanisotropie neemt af met de toenemende temperatuur, en de interne spanning van het domein wordt kleiner, dat wil zeggen dat de weerstand klein is, dus polarisatie is gemakkelijker. 2 De hysteresislus wordt smaller naarmate de temperatuur toeneemt, dat wil zeggen dat het coërcitieve veld kleiner wordt, en dat de domeinbeweging feitelijk gemakkelijker wordt. 3 Het ruimteladingseffect neemt af naarmate de temperatuur stijgt. Sommige onzuiverheden veroorzaken een grote hoeveelheid ruimtelading in het product, wat resulteert in een sterk ruimteladingsveld, dat het extern aangelegde polarisatieveld afschermt, wat niet bevorderlijk is voor polarisatie. Wanneer de temperatuur stijgt, neemt de elektrische geleidbaarheid van het product toe, is de ruimtelading gemakkelijk te migreren, wordt de accumulatie verminderd en wordt het afschermende effect van het ruimteladingsveld verminderd, wat gunstig is voor polarisatie. De polarisatietemperatuur is gerelateerd aan de materiaalsamenstelling. Sommige materialen weerspiegelen volledig de piëzo-elektrische eigenschappen van de elektromechanische koppelingscoëfficiënt. De kp-waarde wordt in principe niet beïnvloed door de polarisatietemperatuur, die kan worden gepolariseerd bij lagere temperaturen, zoals het PZT-systeem met zachte additieven. Sommige materialen vereisen polarisatie bij hogere temperaturen om een ​​grotere kp te hebben, zoals PZT piëzo-elektrisch keramisch element met harde additieven. In de praktijk is de temperatuur hoger wanneer de polarisatietemperatuur wordt geselecteerd, omdat het verhogen van de polarisatietemperatuur de polarisatietijd kan verkorten en de polarisatie-efficiëntie kan verbeteren. Bij hogere temperaturen is het vaak voorkomende probleem echter dat de soortelijke weerstand van het product te klein is, de lekstroom groot is en de weerstandsspanning laag is, dat wil zeggen dat de spanning niet kan worden toegevoegd. Dit heeft niet alleen te maken met de formulering, maar houdt ook verband met een slechte dichtheid en een lage elektrische weerstand. Voor artikelen die alleen verband houden met de formulering wordt alleen het polarisatieveld verkleind en de polarisatietijd verlengd.

(3) Gepolariseerde tijd