Jaka jest polaryzacja ceramiki piezoelektrycznej

To, czy proces polaryzacji ceramiki piezoelektrycznej jest wystarczający, czy nie, ma ogromny wpływ na właściwości materiału. Dlatego konieczne jest rozsądne dobranie warunków polaryzacji, pola elektrycznego polaryzacji, temperatury polaryzacji i czasu polaryzacji, które określa się mianem trzech elementów polaryzacji.

(1) Spolaryzowane pole elektryczne

Domeny mogą być ustawione w kierunku pola elektrycznego pod wpływem spolaryzowanego pola elektrycznego, więc jest to główny czynnik warunkujący polaryzację. Im większe jest pole elektryczne polaryzacji, tym większy jest efekt wyrównania domen, tym bardziej wystarczająca jest polaryzacja. Ale różne wzory powinny różnić się wysokością. Wielkość spolaryzowanego pola elektrycznego zależy głównie od pola koercyjnego EC ceramiki piezoelektrycznej. Pole elektryczne polaryzacji musi być większe niż EC, aby sterować domenami i ustawiać je w kierunku pola zewnętrznego. Zwykle jest 2-3 razy większa niż EC. Rozmiar EC jest powiązany ze składem i strukturą ceramiki piezoelektrycznej. W przypadku materiałów na bazie PZT z fazą tetragonalną EC rośnie wraz ze spadkiem stosunku Zr/Ti. W obszarze trójkierunkowym zmiana EC przy stosunku Zr/Ti nie jest znacząca. Jeżeli współczynnik podstawienia maleje, stosunek osi kryształu c/a materiału, obrót domeny o 90° powoduje niewielkie naprężenia wewnętrzne, obrót jest łatwy, a EC jest niższe. Miękkie dodatki zmniejszają EC, a twarde dodatki zwiększają EC. Praktyczny materiał serii PZT EC mieści się w zakresie 0,6-1,6 Kv/mm. EC również maleje wraz ze wzrostem temperatury. Dlatego też, jeśli temperatura polaryzacji wzrasta, pole elektryczne polaryzacji może zostać odpowiednio zmniejszone.

Spolaryzowane pole elektryczne jest również ograniczone przez wytrzymałość na przebicie Eb ceramiki piezoelektrycznej. Gdy spolaryzowane pole elektryczne osiągnie wielkość Eb, ceramika piezoelektryczna po uszkodzeniu staje się odpadem. Eb gwałtownie spada z powodu obecności porów, pęknięć i nierównego składu. Dlatego proces wstępnego przygotowania musi zapewniać gęstość i jednorodność produktu. Rozmiar Eb jest również powiązany z grubością polaryzacji dysków i cylindrów piezoelektrycznych, a jego zależność jest w przybliżeniu zgodna ze wzorem: Eb = 26,2t0,39, gdzie Eb jest polem elektrycznym przebicia (kV/cm), a t jest grubością (cm). Dlatego w przypadku grubszych produktów pole elektryczne polaryzacji jest odpowiednio zmniejszane poprzez zwiększanie temperatury polaryzacji, a czas polaryzacji wydłuża się, aby uzyskać dobry efekt polaryzacji.

W warunkach spolaryzowanego pola elektrycznego i czasu polaryzacji, gdy temperatura polaryzacji w zastosowaniach przetworników piezoelektrycznych jest wysoka, orientacja orientacji domeny jest łatwiejsza, a efekt polaryzacji jest lepszy. Główne przyczyny są następujące: (1) Anizotropia piezokryształu maleje wraz ze wzrostem temperatury, a naprężenia wewnętrzne domeny stają się mniejsze, to znaczy rezystancja jest mała, więc polaryzacja jest łatwiejsza. 2 Pętla histerezy zwęża się wraz ze wzrostem temperatury, to znaczy pole koercyjne staje się mniejsze, co w rzeczywistości ułatwia ruch domeny. 3 Efekt ładunku przestrzennego maleje wraz ze wzrostem temperatury. Niektóre zanieczyszczenia powodują powstawanie dużej ilości ładunku przestrzennego w produkcie, co skutkuje powstaniem silnego pola ładunku przestrzennego, osłaniającego przyłożone zewnętrznie pole polaryzacyjne, które nie sprzyja polaryzacji. Gdy temperatura wzrasta, wzrasta przewodność elektryczna produktu, ładunek kosmiczny jest łatwy do migracji, akumulacja jest zmniejszona, a efekt ekranowania pola ładunku kosmicznego jest zmniejszony, co jest korzystne dla polaryzacji. Temperatura polaryzacji jest powiązana ze składem materiału. Niektóre materiały kompleksowo oddają właściwości piezoelektryczne, a wartość współczynnika sprzężenia elektromechanicznego kp w zasadzie nie zależy od temperatury polaryzacji, która może być polaryzowana w niższych temperaturach, jak np. układ PZT z miękkimi dodatkami. Niektóre materiały wymagają polaryzacji w wyższych temperaturach, aby mieć większe kp, np. PZT piezoelektryczny element ceramiczny z twardymi dodatkami. W praktyce, gdy wybrana jest temperatura polaryzacji, temperatura jest wyższa, ponieważ zwiększenie temperatury polaryzacji może skrócić czas polaryzacji i poprawić skuteczność polaryzacji. Jednak przy wyższych temperaturach często spotykanym problemem jest to, że rezystywność produktu jest zbyt mała, prąd upływowy jest duży, a napięcie wytrzymywane jest niskie, to znaczy, że napięcia nie można dodać. Oprócz tego, że jest to związane z formułą, jest to również związane ze słabą gęstością i niską opornością elektryczną. W przypadku artykułów związanych jedynie z recepturą zmniejszane jest jedynie pole polaryzacyjne i wydłużany jest czas polaryzacji.

(3) Czas spolaryzowany