Nyheter

Du er her: Hjem / Nyheter / Grunnleggende om piezoelektrisk keramikk / Analyse av piezoelektriske keramiske ytelsesparametere

Analyse av piezoelektriske keramiske ytelsesparametere

Visninger: 10 Forfatter: Nettstedredaktør Publiseringstidspunkt: 2018-11-28 Opprinnelse: nettsted

Spørre

Fremstilling av utmerket piezoelektriske keramiske komponenter krever vanligvis krav til ytelsen til piezoelektrisk keramikk. Fordi ytelsen til piezoelektrisk keramikk har en avgjørende innflytelse på kvaliteten på komponentene. Derfor, for å diskutere og forstå komponentene i piezoelektrisk keramikk, må vi først forstå ytelsesparametrene og målemetodene til piezoelektrisk keramikk. Piezoelektrisk keramikk har piezoelektriske egenskaper i tillegg til de dielektriske og elastiske egenskapene til generelle dielektriske materialer. Piezoelektrisk keramikk har anisotropi etter polarisasjonsbehandling, og hver ytelsesparameter har forskjellige verdier i forskjellige retninger, noe som gjør ytelsesparametrene til piezoelektrisk keramikk mye mer enn den generelle isotropiske dielektriske keramikken. . De mange ytelsesparametrene til piezoelektrisk keramikk er et viktig grunnlag for dens utbredte bruk.

(1) Dielektrisk konstant
Dielektrisitetskonstanten er en refleksjon av de dielektriske egenskapene til en piezo cylinde piezoceramic , eller polarisasjonens natur, og uttrykkes vanligvis ved ε. Piezoelektriske keramiske komponenter for forskjellige formål har forskjellige dielektriske konstantkrav for piezoelektrisk keramikk. For eksempel krever en lydkomponent som en piezoelektrisk keramisk høyttaler at en keramikk har en stor dielektrisk konstant, og en høyfrekvent piezoelektrisk keramisk komponent krever at et materiale har en lav dielektrisk konstant. Forholdet mellom dielektrisitetskonstanten ε og kapasitansen C til elementet, elektrodearealet A og avstanden t mellom elektrodene er ε=C·t/A .hvor enheten for hver parameter er kapasitansen C er F, og elektrodearealet A er M2, elektrodeavstanden t er m, og dielektrisitetskonstanten ε er F/m. Noen ganger brukes den relative permittiviteten εr (eller κ), som er relatert til den absolutte permittiviteten ε. εr=ε/εo hvor εo er den dielektriske konstanten til vakuum (eller ledig plass), εo=8,85×10-12 (F/m), mens εr har ingen enhet og en verdi.

(2) Polariseringen av piezorørstransduseren er innledet av en isotrop polykrystall, som har den samme dielektrisitetskonstanten langs 1(x), 2(y), og 3(z) retningene, det vil si bare én dielektrisk konstant. Etter polarisasjonsbehandlingen dannes en anisotrop polykrystall på grunn av gjenværende polarisasjon generert i polarisasjonsretningen. På dette tidspunktet er de dielektriske egenskapene i polarisasjonsretningen forskjellige fra de i de to andre retningene. La polarisasjonsretningen til keramikken være i 3-retningen: ε11 = ε22 ≠ ε 33. Den polariserte piezoelektriske keramikken har to dielektriske konstanter ε11 og ε33. På grunn av den piezoelektriske effekten av piezoelektrisk keramikk, er de målende dielektriske konstantene til prøvene forskjellige under forskjellige mekaniske forhold. Under mekanisk frie forhold kalles den målte dielektriske konstanten den frie dielektriske konstanten, og i εT representerer det øvre hjørnet T den mekaniske frie tilstanden. Under mekaniske klemmeforhold blir den målende dielektriske konstanten referert til som den klemme dielektriske konstanten, uttrykt som εS, og den øvre referansen S er den mekaniske klemmetilstanden. Siden det er et ekstra elektrisk felt generert av deformasjon under de mekaniske forholdene, og det ikke er noen slik effekt under mekaniske klemmeforhold, er verdiene for målingen av dielektriske konstanter under de to forholdene forskjellige. I henhold til ovenstående har den piezoelektriske keramikken polarisert i de tre retningene fire dielektriske konstanter, nemlig ε11T, ε33T, ε11S, ε11S.

(3) dielektrisk tap
Dielektrisk tap av piezokeramisk undervannstransduser er en av de viktige kvalitetsindikatorene for ethvert dielektrisk materiale, inkludert piezoelektrisk keramikk. Under et vekslende elektrisk felt, akkumuleres ladningen i mediet har to deler: en er den aktive delen (i fase), som er forårsaket av konduktansprosessen; og den andre er den reaktive delen (heterogen), som er forårsaket av avslapningsprosessen til mediet. Forholdet mellom ut-av-fase-komponenten og in-fase-komponenten av det dielektriske tapet, Ic er i-fase-komponenten, IR er ut-av-fase-komponenten, vinkelen mellom Ic og den totale strømmen I er δ, ω er vinkelfrekvensen til det vekslende elektriske feltet, og C er dielektrisitetsmotstanden, og C er den dielektriske motstanden. Det kan sees fra formelen (1-4) at når IR er stor, er tan δ også stor; IR time tan δ er også liten. Det dielektriske tapet vanligvis uttrykt ved tan δ kalles den dielektriske tapstangenten eller tapsfaktoren, eller det kalles dielektrisk tap. Tapet av dielektrikum i et elektrostatisk felt er avledet fra konduktansprosessen i mediet. Det dielektriske tapet i et vekslende elektrisk felt er avledet fra det dielektriske tapet forårsaket av konduktansprosessen og polarisasjonsrelaksasjonen. I tillegg er det dielektriske tapet av ferroelektrisk piezoelektrisk keramikk også relatert til bevegelsesprosessen til domenevegger, men situasjonen er mer komplisert.

(4) Elastisk konstant

Piezoelektrisk keramikk er en elastomer i rekkevidden av elastiske grenser, spenningen bør være proporsjonal. La spenningen være T, påført det piezoelektriske keramiske arket med tverrsnittsarealet A, og tøyningen som genereres av S. Ifølge Hookes lov er forholdet mellom spenningen T og tøyningen S som følger, hvor S er den elastiske glatthetskonstanten. Enheten er m2/N; C er den elastiske stivhetskonstanten i N/m2. Imidlertid er ethvert materiale tredimensjonalt, det vil si at når spenning påføres i lengderetningen, genereres tøyning ikke bare i lengderetningen, men også i bredde- og tykkelsesretningene. Det er et tynt stykke som vist, hvor lengden er i én retning og bredden i to retninger. Påføring av spenningen T1 i retning 1 får arket til å generere tøyningen S1 i 1-retningen og tøyningen S2 i retning 2, og det er ikke vanskelig å oppnå S1=S11T1 fra ligningen (1-5); S2=S12T1. Ovennevnte to elastiske ettergivenhetskonstanter S11 sammenlignet med S12.

(5) Piezoelektrisk konstant

For et typisk fast stoff forårsaker spenningen T bare en proporsjonal tøyning S av Pzt piezoelektrisk rørformet transduser , som er relatert til elastisitetsmodulen, det vil si T = YS; den piezoelektriske keramikken har piezoelektrisitet, det vil si at en ekstra ladning kan genereres når stress påføres. Ladningen som genereres er proporsjonal med den påførte spenningen. For trykk og spenning er tegnet motsatt. Den dielektriske forskyvningen D (ladningsareal) og spenningen T (kraftareal) uttrykkes som følger: D=Q/A=dT hvor d er i coulomb/newton (C/N). Dette er den positive piezoelektriske effekten. Det er også en invers piezoelektrisk effekt som produserer en tøyning S proporsjonalt når et elektrisk felt E påføres, og den resulterende tøyningen enten utvides eller trekkes sammen avhengig av polarisasjonsretningen til prøven. I formelen S=dE er enheten for d meter/volt (m/v). Proporsjonalitetskonstanten d i de to ovennevnte ligningene kalles den piezoelektriske tøyningskonstanten. For positive og inverse piezoelektriske effekter, er d numerisk den samme,

(6) Frekvenskonstant:

Frekvenskonstanten er produktet av resonansfrekvensen og dimensjonen som bestemmer resonansen. Hvis det påførte elektriske feltet er vinkelrett på vibrasjonsretningen, er resonansfrekvensen serieresonansfrekvensen; hvis det elektriske feltet er parallelt med vibrasjonsretningen, er resonansfrekvensen den parallelle resonansfrekvensen. Derfor, for resonansen til 31 og 15 modusene og resonansen for den plane eller radielle modusen, er de tilsvarende frekvenskonstantene NE1, NE5 og NEP, og resonansfrekvenskonstanten til 33 modusen er ND3. For en langsgående polarisert lang stang uttrykkes frekvenskonstanten til den langsgående vibrasjonen vanligvis ved ND3; for en tynn skive av enhver størrelse som er motstandsdyktig mot lineær polarisering, uttrykkes frekvenskonstanten til tykkelsesstrekkvibrasjonen vanligvis ved NDT. NDT og NDP til waferen er viktige parametere. Bortsett fra frekvenskonstanten NDP, er de andre frekvenskonstantene lik halvparten av hovedlydhastigheten i den piezokeramiske kroppen, det vil si ND = 1/2 (SDpm) - 1/2 og NE = 1/2 (SEpm) - 1/2, hvor SD =SE(1-K2), hver frekvenskonstant har et tilsvarende nedre hjørne.