Аналіз параметрів п'єзоелектричної кераміки

Перегляди: 10 Автор: Редактор сайту Час публікації: 2018-11-28 Походження: Сайт

Запитуйте

Виготовлення відмінне П'єзоелектричні керамічні компоненти зазвичай вимагають вимог до продуктивності п'єзоелектричної кераміки. Оскільки продуктивність п'єзоелектричної кераміки має вирішальний вплив на якість компонентів. Тому, щоб обговорити та зрозуміти компоненти п’єзоелектричної кераміки, ми повинні спочатку зрозуміти параметри ефективності та методи вимірювання п’єзоелектричної кераміки. П’єзоелектрична кераміка має п’єзоелектричні властивості на додаток до діелектричних і пружних властивостей загальних діелектричних матеріалів. П’єзоелектрична кераміка має анізотропію після поляризаційної обробки, і кожен параметр продуктивності має різні значення в різних напрямках, що робить параметри продуктивності п’єзоелектричної кераміки набагато більшими, ніж у загальної ізотропної діелектричної кераміки. . Численні експлуатаційні параметри п'єзоелектричної кераміки є важливою основою для її широкого використання.

(1) Діелектрична проникність
Діелектрична проникність є відображенням діелектричних властивостей a п'єзоцилінд п'єзокераміка , або природа поляризації, і зазвичай виражається ε. П’єзоелектричні керамічні компоненти для різних цілей мають різні вимоги до діелектричної постійної для п’єзоелектричної кераміки. Наприклад, аудіокомпонент, такий як п’єзоелектричний керамічний динамік, вимагає, щоб кераміка мала високу діелектричну проникність, а високочастотний п’єзоелектричний керамічний компонент вимагає, щоб матеріал мав низьку діелектричну проникність. Співвідношення між діелектричною проникністю ε та ємністю C елемента, площею електрода A та відстанню t між електродами дорівнює ε=C·t/A. Де одиницею кожного параметра є ємність C, дорівнює F, площа електрода A дорівнює M2, відстань між електродами t дорівнює m, а діелектрична проникність ε дорівнює F/m. Іноді використовується відносна діелектрична проникність εr (або κ), яка пов’язана з абсолютною діелектричною проникністю ε. εr=ε/εo, де εo — діелектрична проникність вакууму (або вільного простору), εo=8,85×10-12 (Ф/м), тоді як εr не має одиниці вимірювання та значення.

(2) Поляризація Перетворювача з п’єзотрубками передує ізотропний полікристал, який має однакову діелектричну проникність уздовж напрямків 1(x), 2(y) і 3(z), тобто лише одну діелектричну проникність. Після поляризаційної обробки утворюється анізотропний полікристал завдяки залишковій поляризації, що генерується в напрямку поляризації. У цей час діелектричні властивості в напрямку поляризації відрізняються від властивостей у двох інших напрямках. Нехай напрямок поляризації кераміки буде в напрямку 3: ε11 = ε22 ≠ ε 33. Поляризована п’єзокераміка має дві діелектричні проникності ε11 і ε33. Завдяки п’єзоелектричному ефекту п’єзоелектричної кераміки вимірювання діелектричної проникності зразків відрізняються за різних механічних умов. У механічно вільних умовах виміряна діелектрична проникність називається вільною діелектричною проникністю, а в εT верхній кут T представляє механічну вільну умову. В умовах механічного затискання вимірювана діелектрична проникність називається діелектричною проникністю затиску, вираженою як εS, а верхнє посилання S є умовою механічного затискання. Оскільки існує додаткове електричне поле, створене деформацією в механічних умовах, і немає такого ефекту в умовах механічного затискання, значення вимірювання діелектричної проникності в цих двох умовах відрізняються. Відповідно до вищезазначеного, п’єзоелектрична кераміка, поляризована в трьох напрямках, має чотири діелектричні константи, а саме ε11T, ε33T, ε11S, ε11S.

(3) діелектричні втрати
Діелектричні втрати Підводний п'єзокерамічний перетворювач є одним з важливих показників якості будь-якого діелектричного матеріалу, в тому числі п'єзокераміки. Під змінним електричним полем заряд, накопичений у середовищі, складається з двох частин: одна є активною частиною (у фазі), яка зумовлена процесом провідності; а інша — реактивна частина (неоднорідна), яка зумовлена процесом релаксації середовища. Відношення протифазної складової до синфазної складової діелектричних втрат, Ic — синфазна складова, IR — нефазна складова, кут між Ic і загальним струмом I дорівнює δ, ω — кутова частота змінного електричного поля, R — опір втрат, C — діелектричний конденсатор. З формули (1-4) видно, що коли IR великий, tan δ також великий; ІЧ годинний tan δ також малий. Діелектричні втрати, які зазвичай виражаються через tan δ, називають тангенсом діелектричних втрат або коефіцієнтом втрат, або це називають діелектричними втратами. Втрата діелектрика в електростатичному полі є похідною від процесу провідності в середовищі. Діелектричні втрати в змінному електричному полі є похідними від діелектричних втрат, спричинених процесом провідності та релаксацією поляризації. Крім того, діелектричні втрати сегнетоелектричної п’єзоелектричної кераміки також пов’язані з процесом руху доменних стінок, але ситуація складніша.

(4) Постійна пружності

П'єзоелектрична кераміка є еластомером в діапазоні меж пружності, напруга повинна бути пропорційною. Нехай напруження дорівнює T, прикладене до п’єзоелектричного керамічного листа з площею поперечного перерізу A, і деформація, породжена S. Відповідно до закону Гука, зв’язок між напругою T і деформацією S виглядає наступним чином, де S є константою пружної гладкості. Одиниця – м2/Н; C константа пружної жорсткості в Н/м2. Однак будь-який матеріал є тривимірним, тобто коли напруга прикладена в поздовжньому напрямку, деформація виникає не тільки в поздовжньому напрямку, але також у напрямках ширини та товщини. Є тонкий шматок, як показано, довжина якого в одному напрямку, а ширина в двох напрямках. Додавання напруги T1 у напрямку 1 змушує лист генерувати деформацію S1 у напрямку 1 та деформацію S2 у напрямку 2, і неважко отримати S1=S11T1 з рівняння (1-5); S2=S12T1. Наведені вище дві константи пружної податливості S11 порівняно з S12.

(5) П’єзоелектрична стала

Для типового твердого тіла напруга T викликає лише пропорційну деформацію S Pzt п'єзоелектричний трубчастий перетворювач , який пов'язаний модулем пружності, тобто T = YS; п'єзоелектрична кераміка має п'єзоелектрику, тобто додатковий заряд може утворюватися під час напруги. Утворений заряд пропорційний прикладеній напрузі. Для тиску і напруги знак протилежний. Діелектричний зсув D (площа заряду) і напруга T (площа сили) виражаються таким чином: D=Q/A=dT, де d — це кулон/ньютон (C/N). Це позитивний п'єзоелектричний ефект. Існує також зворотний п’єзоелектричний ефект, який створює деформацію S пропорційно, коли прикладено електричне поле E, і результуюча деформація або розширюється, або стискається залежно від напрямку поляризації зразка. У формулі S=dE одиницею d є метри/вольт (м/в). Константа пропорційності d у наведених вище двох рівняннях називається постійною п’єзоелектричної деформації. Для позитивного та інверсного п’єзоелектричних ефектів d є чисельно однаковим,

(6) Постійна частота:

Стала частоти є добутком резонансної частоти та розміру, який визначає резонанс. Якщо прикладене електричне поле перпендикулярно напрямку вібрації, резонансна частота є послідовною резонансною частотою; якщо електричне поле паралельне напрямку вібрації, резонансна частота є паралельною резонансною частотою. Отже, для резонансу 31 і 15 мод і резонансу для планарної або радіальної моди відповідні постійні частоти NE1, NE5 і NEP, а постійна резонансної частоти 33 моди дорівнює ND3. Для поздовжньо поляризованого довгого стрижня постійна частоти поздовжньої вібрації зазвичай виражається через ND3; для тонкої пластини будь-якого розміру, яка є стійкою до лінійної поляризації, постійна частота вібрації розтягування товщини зазвичай виражається за допомогою НК. NDT і NDP пластини є важливими параметрами. За винятком частотної константи NDP, інші частотні константи дорівнюють половині основної швидкості звуку в п’єзокерамічному корпусі, тобто ND = 1/2 (SDpm) - 1/2 і NE = 1/2 (SEpm) - 1/2, де SD = SE(1-K2), кожна частотна константа має відповідний нижній кут.