Ştiri

Sunteți aici: Acasă / Ştiri / Bazele ceramicii piezoelectrice / Analiza parametrilor de performanță a ceramicii piezoelectrice

Analiza parametrilor de performanță a ceramicii piezoelectrice

Vizualizări: 10 Autor: Editor site Ora publicării: 2018-11-28 Origine: Site

Întreba

Fabricarea de excelent Componentele ceramice piezoelectrice necesită de obicei cerințe pentru performanța ceramicii piezoelectrice. Deoarece performanța ceramicii piezoelectrice are o influență decisivă asupra calității componentelor. Prin urmare, pentru a discuta și a înțelege componentele ceramicii piezoelectrice, trebuie mai întâi să înțelegem parametrii de performanță și metodele de măsurare a ceramicii piezoelectrice. Ceramica piezoelectrică are proprietăți piezoelectrice în plus față de proprietățile dielectrice și elastice ale materialelor dielectrice generale. Ceramica piezoelectrică are anizotropie după tratamentul de polarizare și fiecare parametru de performanță are valori diferite în direcții diferite, ceea ce face ca parametrii de performanță ai ceramicii piezoelectrice să fie mult mai mult decât ceramicii dielectrice izotrope generale. . Numeroșii parametri de performanță ai ceramicii piezoelectrice reprezintă o bază importantă pentru utilizarea pe scară largă a acesteia.

(1) Constanta dielectrică
Constanta dielectrică este o reflectare a proprietăților dielectrice ale lui a piezocilind piezoceramic , sau natura polarizării, și este de obicei exprimat prin ε. Componentele ceramice piezoelectrice pentru diferite scopuri au cerințe diferite de constantă dielectrică pentru ceramica piezoelectrică. De exemplu, o componentă audio, cum ar fi un difuzor ceramic piezoelectric necesită o ceramică care are o constantă dielectrică mare, iar o componentă ceramică piezoelectrică de înaltă frecvență necesită un material care are o constantă dielectrică scăzută. Relația dintre constanta dielectrică ε și capacitatea C a elementului, aria electrodului A și distanța t dintre electrozi este ε=C·t/A .unde unitatea fiecărui parametru este capacitatea C este F, iar aria electrodului A este M2, distanța dintre electrozi t este m, iar constanta dielectrică ε este F/m. Uneori se folosește permisivitatea relativă εr (sau κ), care este legată de permisivitatea absolută ε. εr=ε/εo unde εo este constanta dielectrică a vidului (sau spațiului liber), εo=8,85×10-12 (F/m), în timp ce εr nu are nicio unitate și o valoare.

(2) Polarizarea traductorul cu tuburi piezoelectrice este precedat de un policristal izotrop, care are aceeași constantă dielectrică de-a lungul direcțiilor 1(x), 2(y) și 3(z), adică o singură constantă dielectrică. După tratamentul de polarizare, se formează un policrist anizotrop datorită polarizării rămase generate în direcția de polarizare. În acest moment, proprietățile dielectrice în direcția de polarizare sunt diferite de cele din celelalte două direcții. Fie direcția de polarizare a ceramicii în 3 direcție: ε11 = ε22 ≠ ε 33. Ceramica piezoelectrică polarizată are două constante dielectrice ε11 și ε33. Datorită efectului piezoelectric al ceramicii piezoelectrice, constantele dielectrice de măsurare ale probelor sunt diferite în diferite condiții mecanice. În condiții libere mecanic, constanta dielectrică măsurată se numește constantă dielectrică liberă, iar în εT, colțul superior T reprezintă starea liberă mecanică. În condiții de strângere mecanică, constanta dielectrică de măsurare este denumită constantă dielectrică de strângere, exprimată ca εS, iar referința superioară S este starea de strângere mecanică. Deoarece există un câmp electric suplimentar generat de deformare în condiții mecanice și nu există un astfel de efect în condiții de strângere mecanică, valorile măsurării constantelor dielectrice în cele două condiții sunt diferite. Conform celor de mai sus, ceramica piezoelectrică polarizată în cele trei direcții are patru constante dielectrice și anume ε11T, ε33T, ε11S, ε11S.

(3) pierdere dielectrică
Pierdere dielectrică de traductorul piezoceramic subacvatic este unul dintre indicatorii importanți de calitate ai oricărui material dielectric, inclusiv ceramica piezoelectrică. Sub un câmp electric alternant, sarcina este acumulată în mediul are două părți: una este partea activă (în fază), care este cauzată de procesul de conductanță; iar cealaltă este partea reactivă (eterogenă), care este cauzată de procesul de relaxare a mediului. Raportul dintre componenta defazată și componenta în fază a pierderii dielectrice, Ic este componenta în fază, IR este componenta defazată, unghiul dintre Ic și curentul total I este δ, ω este frecvența unghiulară a câmpului electric alternativ și R este rezistența la pierderi, C este condensatorul dielectric. Din formula (1-4) se poate observa că atunci când IR este mare, tan 5 este de asemenea mare; ora IR tan δ este de asemenea mică. Pierderea dielectrică exprimată de obicei prin tan δ se numește tangentă de pierdere dielectrică sau factor de pierdere sau se numește pierdere dielectrică. Pierderea dielectricului într-un câmp electrostatic este derivată din procesul de conductanță în mediu. Pierderea dielectrică într-un câmp electric alternativ este derivată din pierderea dielectrică cauzată de procesul de conductanță și relaxarea polarizării. În plus, pierderea dielectrică a ceramicii piezoelectrice feroelectrice este, de asemenea, legată de procesul de mișcare a pereților domeniului, dar situația este mai complicată.

(4) Constanta elastica

Ceramica piezoelectrică este un elastomer în intervalul limitelor elastice, tensiunea ar trebui să fie proporțională. Fie tensiunea T, aplicată foii ceramice piezoelectrice cu aria secțiunii transversale A și deformarea generată de S. Conform legii lui Hooke, relația dintre solicitarea T și deformarea S este următoarea, unde S este constanta de netezime elastică. Unitatea este m2/N; C este constanta rigidității elastice în N/m2. Cu toate acestea, orice material este tridimensional, adică atunci când stresul este aplicat în direcția longitudinală, deformarea este generată nu numai în direcția longitudinală, ci și în direcțiile de lățime și grosime. Există o piesă subțire așa cum se arată, a cărei lungime este într-o direcție și lățimea în două direcții. Aplicarea tensiunii T1 în direcția 1 face ca foaia să genereze deformarea S1 în direcția 1 și deformarea S2 în direcția 2 și nu este dificil să se obțină S1=S11T1 din ecuația (1-5); S2=S12T1. Cele două constante de conformitate elastică de mai sus S11 în comparație cu S12.

(5) Constanta piezoelectrică

Pentru un solid tipic, tensiunea T provoacă doar o deformare proporțională S de Pzt traductor tubular piezoelectric , care este legat de modulul elastic, adică T = YS; ceramica piezoelectrică are piezoelectricitate, adică o sarcină suplimentară poate fi generată atunci când se aplică stres. Sarcina generată este proporțională cu solicitarea aplicată. Pentru presiune și tensiune, semnul este opus. Deplasarea dielectrică D (aria de sarcină) și solicitarea T (aria forței) sunt exprimate astfel: D=Q/A=dT unde d este în coulomb/newton (C/N). Acesta este efectul piezoelectric pozitiv. Există, de asemenea, un efect piezoelectric invers care produce o deformare S proporțional atunci când se aplică un câmp electric E, iar deformarea rezultată este fie extinsă, fie contractată în funcție de direcția de polarizare a probei. În formula S=dE, unitatea lui d este metri/volt (m/v). Constanta de proporționalitate d din cele două ecuații de mai sus se numește constantă de deformare piezoelectrică. Pentru efectele piezoelectrice pozitive și inverse, d este numeric același,

(6) constantă de frecvență:

Constanta de frecvență este produsul dintre frecvența de rezonanță și dimensiunea care determină rezonanța. Dacă câmpul electric aplicat este perpendicular pe direcția vibrației, frecvența de rezonanță este frecvența de rezonanță în serie; dacă câmpul electric este paralel cu direcția vibrației, frecvența de rezonanță este frecvența de rezonanță paralelă. Prin urmare, pentru rezonanța modurilor 31 și 15 și rezonanța pentru modul planar sau radial, constantele de frecvență corespunzătoare sunt NE1, NE5 și NEP, iar constanta frecvenței de rezonanță a modului 33 este ND3. Pentru o tijă lungă polarizată longitudinal, constanta de frecvență a vibrației longitudinale este de obicei exprimată prin ND3; pentru o plachetă subțire de orice dimensiune care este rezistentă la polarizarea liniară, constanta de frecvență a vibrației de întindere a grosimii este de obicei exprimată prin NDT. NDT și NDP ale plachetei sunt parametri importanți. Cu excepția constantei de frecvență NDP, celelalte constante de frecvență sunt egale cu jumătate din viteza principală a sunetului din corpul piezoceramic, adică ND = 1/2 (SDpm) - 1/2 și NE = 1/2 (SEpm) - 1/2, unde SD =SE(1-K2), fiecare constantă de frecvență are un colț inferior corespunzător.