Nyheter

Du är här: Hem / Nyheter / Grunderna i piezoelektrisk keramik / Analys av piezoelektriska keramiska prestandaparametrar

Analys av piezoelektriska keramiska prestandaparametrar

Visningar: 10 Författare: Webbplatsredaktör Publiceringstid: 2018-11-28 Ursprung: Plats

Fråga

Tillverkning av utmärkt piezoelektriska keramiska komponenter kräver vanligtvis krav för prestanda hos piezoelektrisk keram. Eftersom prestandan hos piezoelektrisk keramik har ett avgörande inflytande på komponenternas kvalitet. Därför, för att diskutera och förstå komponenterna i piezoelektrisk keramik, måste vi först förstå prestandaparametrarna och mätmetoderna för piezoelektrisk keramik. Piezoelektriska keramer har piezoelektriska egenskaper utöver de dielektriska och elastiska egenskaperna hos allmänna dielektriska material. Piezoelektrisk keramik har anisotropi efter polarisationsbehandling, och varje prestandaparameter har olika värden i olika riktningar, vilket gör prestandaparametrarna för piezoelektriska keramer mycket mer än den allmänna isotropiska dielektriska keramen. . De många prestandaparametrarna för piezoelektrisk keramik är en viktig grund för dess utbredda användning.

(1) Dielektrisk konstant
Dielektricitetskonstanten är en återspegling av de dielektriska egenskaperna hos en piezo cylinde piezoceramic , eller polarisationens natur, och uttrycks vanligtvis av ε. Piezoelektriska keramiska komponenter för olika ändamål har olika dielektricitetskonstantkrav för piezoelektrisk keramik. Till exempel kräver en ljudkomponent såsom en piezoelektrisk keramisk högtalare att en keram har en stor dielektricitetskonstant, och en högfrekvent piezoelektrisk keramisk komponent kräver att ett material har en låg dielektricitetskonstant. Förhållandet mellan dielektricitetskonstanten ε och kapacitansen C för elementet, elektrodarean A och avståndet t mellan elektroderna är ε=C·t/A . där enheten för varje parameter är kapacitansen C är F, och elektrodarean A är M2, elektrodavståndet t är m, och dielektricitetskonstanten ε är F/m. Ibland används den relativa permittiviteten εr (eller κ), som är relaterad till den absoluta permittiviteten ε. εr=ε/εo där εo är den dielektriska konstanten för vakuum (eller fritt utrymme), εo=8,85×10-12 (F/m), medan εr inte har någon enhet och ett värde.

(2) Polariseringen av piezorörsgivare föregås av en isotrop polykristall, som har samma dielektricitetskonstant längs riktningarna 1(x), 2(y), och 3(z), det vill säga endast en dielektricitetskonstant. Efter polarisationsbehandlingen bildas en anisotrop polykristall på grund av den kvarvarande polariseringen som genereras i polarisationsriktningen. Vid denna tidpunkt skiljer sig de dielektriska egenskaperna i polarisationsriktningen från de i de andra två riktningarna. Låt keramikens polarisationsriktning vara i riktningen 3: ε11 = ε22 ≠ ε 33. Den polariserade piezoelektriska keramiken har två dielektriska konstanter ε11 och ε33. På grund av den piezoelektriska effekten av piezoelektrisk keramik är provernas mätande dielektriska konstanter olika under olika mekaniska förhållanden. Under mekaniskt fria förhållanden kallas den uppmätta dielektricitetskonstanten den fria dielektricitetskonstanten, och i εT representerar det övre hörnet T det mekaniska fria tillståndet. Under mekaniska fastspänningsförhållanden hänvisas till den mätande dielektricitetskonstanten som den fastspänningsdielektriska konstanten, uttryckt som εS, och den övre referensen S är det mekaniska fastspänningsförhållandet. Eftersom det finns ett ytterligare elektriskt fält genererat av deformation under de mekaniska förhållandena, och det inte finns någon sådan effekt under mekaniska fastspänningsförhållanden, är värdena för mätningen av dielektriska konstanter under de två förhållandena olika. Enligt ovanstående har den piezoelektriska keramen som är polariserad i de tre riktningarna fyra dielektriska konstanter, nämligen ε11T, e33T, ε11S, ε11S.

(3) dielektrisk förlust
Dielektrisk förlust av piezokeramisk undervattensgivare är en av de viktiga kvalitetsindikatorerna för alla dielektriska material inklusive piezoelektrisk keramik. Under ett alternerande elektriskt fält, ackumuleras laddningen i mediet har två delar: en är den aktiva delen (i fas), som orsakas av konduktansprocessen; och den andra är den reaktiva delen (heterogen), som orsakas av avslappningsprocessen i mediet. Förhållandet mellan ur-fas-komponenten och i-fas-komponenten av den dielektriska förlusten, Ic är i-fas-komponenten, IR är ur-fas-komponenten, vinkeln mellan Ic och den totala strömmen I är δ, ω är vinkelfrekvensen för det alternerande elektriska fältet, och C är dielektrisk resistans, capci. Det kan ses från formeln (1-4) att när IR är stor är tan δ också stor; IR timme tan δ är också liten. Den dielektriska förlusten som vanligtvis uttrycks av tan δ kallas för dielektrisk förlusttangens eller förlustfaktor, eller så kallas den dielektrisk förlust. Förlusten av dielektrikum i ett elektrostatiskt fält härleds från konduktansprocessen i mediet. Den dielektriska förlusten i ett alternerande elektriskt fält härleds från den dielektriska förlusten som orsakas av konduktansprocessen och polarisationsrelaxationen. Dessutom är den dielektriska förlusten av ferroelektrisk piezoelektrisk keramik också relaterad till rörelseprocessen för domänväggar, men situationen är mer komplicerad.

(4) Elastisk konstant

Piezoelektrisk keramik är en elastomer inom intervallet av elastiska gränser, spänningen bör vara proportionell. Låt spänningen vara T, applicerad på den piezoelektriska keramiska skivan med tvärsnittsarean A, och töjningen som genereras av S. Enligt Hookes lag är förhållandet mellan spänningen T och töjningen S som följer, där S är den elastiska jämnhetskonstanten. Enheten är m2/N; C är den elastiska styvhetskonstanten i N/m2. Emellertid är vilket material som helst tredimensionellt, det vill säga när spänning appliceras i längdriktningen genereras töjning inte bara i längdriktningen utan även i bredd- och tjockleksriktningarna. Det finns en tunn bit som visas, vars längd är i en riktning och bredd i två riktningar. Att applicera spänningen T1 i riktningen 1 gör att arket genererar töjningen S1 i riktningen 1 och töjningen S2 i riktningen 2, och det är inte svårt att erhålla S1=S11T1 från ekvationen (1-5); S2=S12T1. Ovanstående två elastiska eftergivlighetskonstanter S11 jämfört med S12.

(5) Piezoelektrisk konstant

För ett typiskt fast ämne orsakar spänningen T endast en proportionell töjning S av Pzt piezoelektrisk rörformig givare , som är relaterad till elasticitetsmodulen, det vill säga T = YS; den piezoelektriska keramiken har piezoelektricitet, det vill säga en extra laddning kan genereras när stress appliceras. Den genererade laddningen är proportionell mot den applicerade spänningen. För tryck och spänning är tecknet motsatt. Den dielektriska förskjutningen D (laddningsarea) och spänningen T (kraftarea) uttrycks enligt följande: D=Q/A=dT där d är i coulomb/newton (C/N). Detta är den positiva piezoelektriska effekten. Det finns också en omvänd piezoelektrisk effekt som producerar en töjning S proportionellt när ett elektriskt fält E appliceras, och den resulterande töjningen antingen expanderas eller dras ihop beroende på provets polarisationsriktning. I formeln S=dE är enheten för d meter/volt (m/v). Proportionalitetskonstanten d i ovanstående två ekvationer kallas den piezoelektriska töjningskonstanten. För positiva och omvända piezoelektriska effekter är d numeriskt lika,

(6) Frekvenskonstant:

Frekvenskonstanten är produkten av resonansfrekvensen och den dimension som bestämmer resonansen. Om det pålagda elektriska fältet är vinkelrätt mot vibrationsriktningen är resonansfrekvensen serieresonansfrekvensen; om det elektriska fältet är parallellt med vibrationsriktningen är resonansfrekvensen den parallella resonansfrekvensen. Därför, för resonansen för 31 och 15 moderna och resonansen för den plana eller radiella moden, är motsvarande frekvenskonstanter NE1, NE5 och NEP, och resonansfrekvenskonstanten för moden 33 är ND3. För en longitudinellt polariserad lång stav uttrycks frekvenskonstanten för den longitudinella vibrationen vanligtvis av ND3; för en tunn skiva av vilken storlek som helst som är resistent mot linjär polarisation uttrycks frekvenskonstanten för tjockleksträckningsvibrationen vanligtvis av NDT. NDT och NDP för skivan är viktiga parametrar. Förutom frekvenskonstanten NDP är de andra frekvenskonstanterna lika med hälften av huvudljudhastigheten i den piezokeramiska kroppen, det vill säga ND = 1/2 (SDpm) - 1/2 och NE = 1/2 (SEpm) - 1/2, där SD =SE(1-K2), varje frekvenskonstant har ett motsvarande nedre hörn.