Vad är polariseringen av piezoelektrisk keramik

Huruvida polariseringsprocessen för piezokeramik är tillräcklig eller inte har stor inverkan på materialegenskaperna. Därför är det nödvändigt att rimligt välja polarisationsförhållandena, det elektriska polarisationsfältet, polarisationstemperaturen och polarisationstiden, som kallas de tre polarisationselementen.

(1) Polariserat elektriskt fält

Domänerna kan riktas in i det elektriska fältets riktning under inverkan av ett polariserat elektriskt fält, så det är huvudfaktorn i polarisationstillståndet. Ju högre det elektriska polariseringsfältet är, desto större är effekten av inriktningen av domänerna, det är mer tillräcklig polarisation. Men olika formler bör vara olika i höjden. Storleken på det polariserade elektriska fältet beror huvudsakligen på koercitivfältet EC för den piezoelektriska keramen. Det elektriska polarisationsfältet måste vara större än EC för att styra domänerna och rikta in sig i det yttre fältets riktning. Det är i allmänhet 2-3 gånger så mycket som EC. Storleken på EC är relaterad till piezokeramernas sammansättning och struktur. För PZT-baserade material i tetragonal fas ökar EC när Zr/Ti-förhållandet minskar. I treriktningsområdet är förändringen i EC med Zr/Ti-förhållandet inte signifikant. Om substitutionsförhållandet minskar, kristallaxelförhållandet c/a för materialet, 90o domänrotationen ger en liten inre spänning, rotationen är lätt och EC är lägre. Mjuka tillsatser minskar EC och hårda tillsatser ökar EC. Det praktiska materialet EC i PZT-serien ligger i intervallet 0,6-1,6 Kv/mm. EC minskar också med stigande temperatur. Därför, om polarisationstemperaturen ökar, kan det elektriska polarisationsfältet reduceras på motsvarande sätt.

Det polariserade elektriska fältet begränsas också av nedbrytningsstyrkan Eb hos piezokeramen. När det polariserade elektriska fältet når Eb-storleken blir piezokeramiken ett slöseri efter nedbrytning. Eb sjunker kraftigt på grund av närvaron av porer, sprickor och ojämn sammansättning. Därför måste förberedelseprocessen säkerställa produktens densitet och enhetlighet. Eb-storleken är också relaterad till piezoskivornas och cylindrarnas polarisationstjocklek, och dess förhållande överensstämmer ungefär med formeln: Eb = 26,2t0,39 , där Eb är det elektriska nedbrytningsfältet (kV/cm) och t är tjockleken (cm). Därför, för tjockare produkter, reduceras det elektriska polarisationsfältet på motsvarande sätt genom att öka polarisationstemperaturen, polarisationstiden förlängs för att uppnå en god polarisationseffekt.

Under villkoret av polariserat elektriskt fält och polarisationstid, när polarisationstemperaturen för piezoelektriska omvandlarapplikationer är hög, är orienteringen av domänorienteringen lättare och polarisationseffekten bättre. De huvudsakliga orsakerna är följande: (1) Piezokristallanisotropin minskar med den ökande temperaturen, och domänens inre spänning blir mindre, det vill säga motståndet är litet, så polarisering är lättare. 2 Hysteresloopen blir smalare med ökande temperatur, det vill säga koercitivfältet blir mindre och faktiskt gör domänrörelsen lättare. 3 Rymdladdningseffekten minskar med stigande temperatur. Vissa föroreningar orsakar en stor mängd rymdladdning i produkten, vilket resulterar i ett starkt rymdladdningsfält, vilket skyddar det externt applicerade polarisationsfältet, vilket inte bidrar till polarisering. När temperaturen stiger ökar produktens elektriska ledningsförmåga, rymdladdningen är lätt att migrera, ackumuleringen minskar och skärmningseffekten av rymdladdningsfältet minskar, vilket är gynnsamt för polarisering. Polarisationstemperaturen är relaterad till materialsammansättningen. Vissa material återspeglar heltäckande de piezoelektriska egenskaperna hos den elektromekaniska kopplingskoefficienten kp-värdet påverkas i princip inte av polarisationstemperaturen, som kan polariseras vid lägre temperaturer, såsom PZT-systemet med mjuka tillsatser. Vissa material kräver polarisering vid högre temperaturer för att ha större kp, såsom PZT piezoelektriskt keramiskt element med hårda tillsatser. I praktiken, när polarisationstemperaturen väljs, är temperaturen högre, eftersom en ökning av polarisationstemperaturen kan förkorta polarisationstiden och förbättra polarisationseffektiviteten.Men vid högre temperaturer är problemet ofta att produktens resistivitet är för liten, läckströmmen är stor och motståndsspänningen är låg, det vill säga att spänningen inte kan läggas till. Förutom att vara relaterat till formuleringen är detta också relaterat till dålig densitet och låg elektrisk resistivitet. För artiklar som endast är relaterade till formuleringen reduceras endast polarisationsfältet och polarisationstiden förlängs.

(3) Polariserad tid