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Analyse des paramètres de performance en céramique piézoélectrique

Nombre Parcourir:0     auteur:Éditeur du site     publier Temps: 2018-11-28      origine:Propulsé

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La fabrication d'excellentscomposants en céramique piézoélectriquenécessite généralement des exigences pour l'exécution de la céramique piézoélectrique. Parce que la performance de la céramique piézoélectrique a une influence décisive sur la qualité des composants. Par conséquent, pour discuter et comprendre les composants de la céramique piézoélectrique, nous devons d'abord comprendre les paramètres de performance et les méthodes de mesure de la céramique piézoélectrique. La céramique piézoélectrique a des propriétés piézoélectriques en plus des propriétés diélectriques et élastiques des matériaux diélectriques généraux. La céramique piézoélectrique souffre d'anisotropie après traitement de polarisation, et chaque paramètre de performance a des valeurs différentes dans différentes directions, ce qui rend les paramètres de performance de la céramique piézoélectrique beaucoup plus que la céramique diélectrique isotrope générale. . Les nombreux paramètres de performance de la céramique piézoélectrique sont une base importante pour son utilisation généralisée.

(1) constante diélectrique
La constante diélectrique est le reflet des propriétés diélectriques d'unpiézo-cylinde piézocéramique, ou la nature de la polarisation, et est généralement exprimé parε. Les composants en céramique piézoélectrique à différentes fins ont des exigences constantes diélectriques différentes pour la céramique piézoélectrique. Par exemple, un composant audio tel qu'un haut-parleur en céramique piézoélectrique nécessite une céramique a une grande constante diélectrique, et un composant en céramique piézoélectrique à haute fréquence nécessite un matériau a une faible constante diélectrique. La relation entre la constante diélectrique ε et la capacité C de l'élément, la zone d'électrode A et la distance t entre les électrodes sont ε = c · t / a. Où l'unité de chaque paramètre est la capacité C est f, et la La zone d'électrode a est M2, l'espacement des électrodes T est m et la constante diélectrique ε est f / m. Parfois, la permittivité relative εr (ou κ) est utilisée, ce qui est lié à la permittivité absolue ε. εr = ε / εo où εo est la constante diélectrique du vide (ou de l'espace libre), εo = 8,85 × 10-12 (f / m), tandis que εr n'a pas d'unité et de valeur.


(2)La polarisation deTransducteur des tubes piézoresest précédé d'un polycristal isotrope, qui a la même constante diélectrique le long des directions 1 (x), 2 (y) et 3 (z), c'est-à-dire une seule constante diélectrique. Après le traitement de polarisation, un polycristal anisotrope est formé en raison de la polarisation résiduelle générée dans la direction de polarisation. À l'heure actuelle, les propriétés diélectriques dans la direction de polarisation sont différentes de celles des deux autres directions. Soit la direction de polarisation de la céramique dans la direction 3: ε11 = ε22 ≠ ε 33. La céramique piézoélectrique polarisée a deux constantes diélectriques ε11 et ε33. En raison de l'effet piézoélectrique de la céramique piézoélectrique, les constantes diélectriques de mesure des échantillons sont différentes dans différentes conditions mécaniques. Sous des conditions libres mécaniquement, la constante diélectrique mesurée est appelée constante diélectrique libre, et en εt, le coin supérieur T représente l'état libre mécanique. Dans des conditions de serrage mécaniques, la constante diélectrique de mesure est appelée constante diélectrique de serrage, exprimée en εs, et la référence supérieure s est la condition de serrage mécanique. Puisqu'il existe un champ électrique supplémentaire généré par déformation dans les conditions mécaniques, et il n'y a pas un tel effet dans des conditions de serrage mécanique, les valeurs de la mesure des constantes diélectriques dans les deux conditions sont différentes. Selon ce qui précède, la céramique piézoélectrique polarisée dans les trois directions a quatre constantes diélectriques, à savoir ε11t, ε33t, ε11s, ε11s.


(3) perte diélectrique
Perte diélectrique detransducteur piézocéramique sous-marinest l'un des indicateurs de qualité importants de tout matériau diélectrique, y compris la céramique piézoélectrique. Dans un champ électrique alternatif, la charge est accumulée dans le milieu a deux parties: l'une est la partie active (en phase), qui est causée par le processus de conductance; et l'autre est la partie réactive (hétérogène), qui est causée par le processus de relaxation du milieu. Le rapport du composant hors phase par rapport au composant en phase de la perte diélectrique, IC est le composant en phase, IR est le composant hors phase, l'angle entre IC et le courant total I est δ , ω est la fréquence angulaire du champ électrique alternant, et R est la résistance à la perte, C est un condensateur diélectrique. On peut voir à partir de la formule (1-4) que lorsque l'IR est grand, le tan Δ est également grand; Le bronzage d'heure ir δ est également petit. La perte diélectrique généralement exprimée par le tan Δ est appelée le facteur tangent ou perte de perte de perte diélectrique, ou elle est appelée perte diélectrique. La perte de diélectrique dans un champ électrostatique est dérivée du processus de conductance dans le milieu. La perte diélectrique dans un champ électrique alternant est dérivée de la perte diélectrique causée par le processus de conductance et la relaxation de polarisation. De plus, la perte diélectrique de céramique piézoélectrique ferroélectrique est également liée au processus de mouvement des murs de domaine, mais la situation est plus compliquée.


(4) constante élastique

La céramique piézoélectrique est un élastomère dans la gamme des limites élastiques, la contrainte doit être proportionnelle. Que la contrainte soit t, appliquée à la feuille de céramique piézoélectrique avec la zone de section transversale A, et la souche générée par S. Selon la loi de Hooke, la relation entre la contrainte T et la souche S est la suivante, où S est le constante de douceur élastique. L'unité est M2 / N; C est la rigidité élastique constante dans n / m2. Cependant, tout matériau est tridimensionnel, c'est-à-dire que lorsque la contrainte est appliquée dans la direction longitudinale, la déformation est générée non seulement dans la direction longitudinale mais aussi dans les directions de largeur et d'épaisseur. Il y a un morceau mince comme illustré, dont la longueur est dans une direction et la largeur dans deux directions. L'application de la contrainte T1 dans le sens de 1 fait que la feuille génère la déformation S1 dans la direction 1 et la souche S2 dans la direction 2, et il n'est pas difficile d'obtenir le S1 = S11T1 de l'équation (1-5); S2 = S12T1. Les deux constantes de conformité élastiques ci-dessus S11 par rapport à S12.


(5) constante piézoélectrique


Pour un solide typique, la contrainte t ne provoque qu'une souche proportionnelle dePZT Transducteur tubulaire piézoélectrique, qui est lié par le module élastique, c'est-à-dire t = ys; La céramique piézoélectrique a une piézoélectricité, c'est-à-dire qu'une charge supplémentaire peut être générée lorsque la contrainte est appliquée. La charge générée est proportionnelle à la contrainte appliquée. Pour la pression et la tension, le signe est opposé. Le déplacement diélectrique D (zone de charge) et la contrainte T (zone de force) sont exprimés comme suit: d = q / a = dt où d est dans Coulomb / Newton (c / n). Il s'agit de l'effet piézoélectrique positif. Il existe également un effet piézoélectrique inverse qui produit une souche S proportionnellement lorsqu'un champ électrique E est appliqué, et la déformation résultante est étendue ou contractée en fonction de la direction de polarisation de l'échantillon. Dans la formule S = DE, l'unité de D est des compteurs / volt (m / v). La constante de proportionnalité D dans les deux équations ci-dessus est appelée constante de déformation piézoélectrique. Pour les effets piézoélectriques positifs et inverses, D est numériquement le même,


(6) Constante de fréquence:


La constante de fréquence est le produit de la fréquence de résonance et de la dimension qui détermine la résonance. Si le champ électrique appliqué est perpendiculaire à la direction de vibration, la fréquence de résonance est la fréquence de résonance de la série; Si le champ électrique est parallèle à la direction de vibration, la fréquence de résonance est la fréquence de résonance parallèle. Par conséquent, pour la résonance des modes 31 et 15 et la résonance pour le mode planaire ou radial, les constantes de fréquence correspondantes sont NE1, NE5 et NEP, et la constante de fréquence de résonance du mode 33 est nd3. Pour une tige longue longitudinalement polarisée, la constante de fréquence de la vibration longitudinale est généralement exprimée par ND3; Pour une fine tranche de toute taille résistante à la polarisation linéaire, la constante de fréquence de la vibration d'étirement de l'épaisseur est généralement exprimée par NDT. Le NDT et le NDP de la tranche sont des paramètres importants. À l'exception de la constante de fréquence NDP, les autres constantes de fréquence sont égales à la moitié de la vitesse du son principale dans le corps piézocéramique, c'est-à-dire nd = 1/2 (sdpm) - 1/2 et ne = 1/2 (sepm) - 1/2, où SD = SE (1-K2), chaque constante de fréquence a un coin inférieur correspondant.


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