压电陶瓷的化

压电陶瓷材料没化自由电子是无序排列的; 化处理后,沿化方向产生剩余化成为各向异性的多晶体,自由电子趋向致, 压电性大大增强。如图1、图2所示,压电陶瓷材料可以做成任意形状、任意化方向。化后的压电陶瓷材料有着不同的介电常数ε和压电常数d 。

设化的介电常数:ε11 =ε22 =ε33 。如果沿方向 3 对压电材料进行化, 另两个电面垂直于化方向。化后的介电常数:ε11 =ε22 ≠ε33 ,而 ε33值比 ε11要大得多。

压电陶瓷的压电常数也具有各向异性 ,沿不同方向压电常数 d 的值也是不同的。其中沿方向 3 的值 大,即 d 33 >>d 31和 d 32 。如果用电流计测量时, 只有 d 33中有电流 , 其它两个方向不产生电流 。压电陶瓷的化同磁铁的充磁很类似, 充磁和充磁后的磁场强度会发生很大的变化 。

压电陶瓷的电滞回路

压电陶瓷是多晶体,当其温度高于居里温度Tc 时呈立方晶格 ;而当其温度在居里温度 Tc 以下时, 则呈四方晶格并具有压电性 。压电材料在温度 Tc 时能改变材料内部组织这种现象称为固态相变 , Tc 称为相变温度,也称居里温度。不同的压电材料,居里温度也会 不同。

如 BaTiO3 的居里温度Tc 为120 ℃, PbTiO3 的居里温度是 490 ℃。当温度升高到 Tc 时 ,立方晶胞的三个边长相等, 即 :a =b =c ,这时的电荷中心位于立方体中心, 压电陶瓷无压电性 。当温度低于 Tc 时, 四方晶 胞的三个边长不相等, 即:a =b

对压电陶瓷进行化处理时显现出铁电性 。二次 化后会形成个回路曲线,见图 3 所示[ 1] 。

图中, Ps 为自发化强度;Pr 为剩余化强度; E c 为矫顽场强度。

从化后的电滞回路曲线可以看出 ,它和磁滞回 路的曲线很相似, 所以压电陶瓷也被称为铁电体。经过第次化后有了剩余化强度 Pr ,以后每次化时 ,它沿着这条曲线变化。不同的压电材料有不同的电滞回路。

将个交变的电场施加于压电陶瓷体上, 通过示波器可以直接观察到回滞曲线 。当电场增加到定强度时,化强度达到饱和。其中 BC 段为线性增加, Ps 为自发化强度, 这时电场为零 , 化强度不等于零, P r 为剩余化强度。当电场反向增加到 E c 时, 化强度为零 。由于 E c 点能使压电陶瓷的化强度为零 ,称 Ec 为矫顽场强度 。当电场反向增加时 ,化强度也反向增加 。当反向化强度达到饱和后, 再减小反向电场,化强度就会沿着曲线 HFC 线变化。

 化工艺是个很复杂的过程 , 化时不仅要有较高的电场 ,不同的厚度需要不同的时间 ,还要在较高的温度下才能达到佳化效果。化后的压电陶瓷材料在定的高温下会失去化效应 , 不同压电材料有不同的失效温度, 这点在选用压电陶瓷材料时需 注意。

压电陶瓷的化性能, 是压电检波器设计人员必须掌握的知识。压电陶瓷材料化和化后的性能差别是很大的。