Яка поляризація п'єзокераміки

Чи є процес поляризації п'єзокераміки достатнім чи ні, має великий вплив на властивості матеріалу. Тому необхідно розумно вибрати умови поляризації, електричне поле поляризації, температуру поляризації та час поляризації, які називаються трьома елементами поляризації.

(1) Поляризоване електричне поле

Домени можуть бути вирівняні в напрямку електричного поля під дією поляризованого електричного поля, тому це основний фактор умови поляризації. Чим вище поляризація електричного поля, тим більше ефект вирівнювання доменів, тим достатніша поляризація. Але різні формули повинні бути різними за висотою. Величина поляризованого електричного поля залежить головним чином від коерцитивного поля EC п'єзоелектричної кераміки. Поляризаційне електричне поле має бути більше, ніж EC, щоб керувати доменами та вирівнюватись у напрямку зовнішнього поля. Як правило, це в 2-3 рази більше, ніж EC. Розмір ЕК пов'язаний зі складом і структурою п'єзокераміки. Для матеріалів на основі тетрагональної фази PZT EC зростає зі зменшенням співвідношення Zr/Ti. У тринаправленій області зміна EC із співвідношенням Zr/Ti незначна. Якщо коефіцієнт заміщення зменшується, співвідношення кристалічної осі c/a матеріалу, обертання домену на 90o створює невелику внутрішню напругу, обертання є легким, а EC нижчим. М'які добавки знижують EC, а жорсткі добавки підвищують EC. Практичний матеріал серії PZT EC знаходиться в діапазоні 0,6-1,6 Kv/mm. EC також зменшується з підвищенням температури. Отже, якщо температура поляризації підвищується, електричне поле поляризації може бути відповідно зменшено.

Поляризоване електричне поле також обмежується міцністю пробою Eb п'єзокераміки. Коли поляризоване електричне поле досягає розміру Eb, п’єзокераміка стає відходом після поломки. Eb різко падає через наявність пір, тріщин і нерівномірного складу. Тому процес попередньої підготовки повинен забезпечити щільність і однорідність продукту. Розмір Eb також пов’язаний із поляризаційною товщиною п’єзодисків і циліндрів, і його співвідношення приблизно відповідає формулі: Eb = 26,2t0,39, де Eb — електричне поле пробою (кВ/см), а t — товщина (см). Таким чином, для більш товстих продуктів поляризаційне електричне поле відповідно зменшується шляхом підвищення поляризаційної температури, час поляризації подовжується для досягнення хорошого ефекту поляризації.

За умови поляризованого електричного поля та часу поляризації, коли температура поляризації п’єзоелектричних перетворювачів висока, орієнтація орієнтації домену легша, а ефект поляризації кращий. Основні причини такі: (1) Анізотропія п’єзокристала зменшується зі збільшенням температури, а внутрішня напруга домену стає меншою, тобто опір малий, тому поляризація легша. 2 Петля гістерезису стає вужчою зі збільшенням температури, тобто коерцитивне поле стає меншим і фактично полегшує рух домену. 3 Ефект просторового заряду зменшується зі збільшенням температури. Деякі домішки викликають велику кількість об’ємного заряду в продукті, що призводить до сильного поля об’ємного заряду, що екранує поле поляризації зовні, яке не сприяє поляризації. Коли температура підвищується, електропровідність продукту збільшується, просторовий заряд легко мігрувати, накопичення зменшується, а екрануючий ефект поля просторового заряду зменшується, що є сприятливим для поляризації. Температура поляризації пов'язана зі складом матеріалу. Деякі матеріали всебічно відображають п'єзоелектричні властивості коефіцієнта електромеханічного зв'язку kp, на яке в основному не впливає температура поляризації, яка може бути поляризована при нижчих температурах, наприклад система PZT з м'якими добавками. Деякі матеріали потребують поляризації при вищих температурах, щоб мати більший kp, наприклад PZT п'єзоелектричний керамічний елемент з жорсткими добавками. На практиці, коли вибрано температуру поляризації, температура є вищою, оскільки збільшення температури поляризації може скоротити час поляризації та підвищити ефективність поляризації. Однак при вищих температурах проблема, яка часто виникає, полягає в тому, що питомий опір продукту занадто малий, струм витоку великий, а витримувана напруга низька, тобто напругу неможливо додати. Крім того, що це пов’язано з рецептурою, це також пов’язано з низькою щільністю та низьким питомим електричним опором. Для виробів, пов’язаних лише з рецептурою, зменшується лише поле поляризації, а час поляризації збільшується.

(3) Поляризований час