Análisis de parámetros de rendimiento cerámico piezoeléctrico.

Vistas:0 Autor:Editor del sitio Hora de publicación: 2018-11-28 Origen:Sitio

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La fabricación de excelenteComponentes cerámicos piezoeléctricosPor lo general, requiere requisitos para el rendimiento de la cerámica piezoeléctrica. Debido a que el rendimiento de la cerámica piezoeléctrica tiene una influencia decisiva en la calidad de los componentes. Por lo tanto, para discutir y comprender los componentes de la cerámica piezoeléctrica, primero debemos entender los parámetros de rendimiento y los métodos de medición de cerámica piezoeléctrica. Las cerámicas piezoeléctricas tienen propiedades piezoeléctricas además de las propiedades dieléctricas y elásticas de los materiales dieléctricos generales. Las cerámicas piezoeléctricas tienen anisotropía después del tratamiento de polarización, y cada parámetro de rendimiento tiene valores diferentes en diferentes direcciones, lo que hace que los parámetros de rendimiento de la cerámica piezoeléctrica sean mucho más que la cerámica dieléctrica isotrópica general. . Los numerosos parámetros de rendimiento de la cerámica piezoeléctrica son una base importante para su uso generalizado.

(1) constante dieléctrica
La constante dieléctrica es un reflejo de las propiedades dieléctricas de unpiezo cylinde piezocerámica, o la naturaleza de la polarización, y generalmente se expresa pors. Los componentes cerámicos piezoeléctricos para diferentes propósitos tienen diferentes requisitos constantes dieléctricos para la cerámica piezoeléctrica. Por ejemplo, un componente de audio, como un altavoz cerámico piezoeléctrico, requiere que una cerámica tiene una constante dieléctrica grande, y un componente cerámico piezoeléctrico de alta frecuencia requiere que un material tenga una constante dieléctrica baja. La relación entre las ε constantes dieléctricas y la capacitancia C del elemento, el área de electrodo A y la distancia T entre los electrodos es ε = c · t / a .dwhere la unidad de cada parámetro es la capacitancia C es f, y la El área de electrodo A es M2, el espaciado de electrodo T es M, y la constante dieléctrica ε es F / M. A veces se usa la permanente de la permitividad (o κ), que está relacionada con la permisividad absoluta ε. εr = ε / εO donde se encuentra la constante dieléctrica de vacío (o espacio libre), εO = 8.85 × 10- 12 (F / M), mientras que εR no tiene unidad y un valor.

(2)La polarización deTransductor de tubos piezoEstá precedido por un policrystal isotrópico, que tiene la misma constante dieléctrica a lo largo de las direcciones 1 (x), 2 (y) y 3 (z), es decir, solo una constante dieléctrica. Después del tratamiento de la polarización, se forma un policristal anisotrópico debido a la polarización remanente generada en la dirección de polarización. En este momento, las propiedades dieléctricas en la dirección de polarización son diferentes de las de las otras dos direcciones. Deje que la dirección de polarización de la cerámica esté en la dirección 3: ε11 = ε22 ≠ ε 33. La cerámica piezoeléctrica polarizada tiene dos constantes dieléctricas ε11 y ε33. Debido al efecto piezoeléctrico de las cerámicas piezoeléctricas, las constantes dieléctricas de medición de las muestras son diferentes bajo diferentes condiciones mecánicas. Bajo condiciones gratuitas mecánicamente, la constante dieléctrica medida se llama constante dieléctrica libre, y en εt, la esquina superior T representa la condición libre mecánica. En condiciones de sujeción mecánica, la constante dieléctrica de medición se conoce como la constante dieléctrica de sujeción, expresada como εs, y la referencia superior S es la condición de sujeción mecánica. Dado que hay un campo eléctrico adicional generado por deformación bajo las condiciones mecánicas, y no hay tal efecto en condiciones de sujeción mecánica, los valores de la medición de las constantes dieléctricas en las dos condiciones son diferentes. De acuerdo con lo anterior, la cerámica piezoeléctrica polarizada en las tres direcciones tiene cuatro constantes dieléctricos, a saber, ε11t, ε33t, ε11s, ε11.

(3) pérdida dieléctrica
Pérdida dieléctrica deTransductor piezocerámico bajo el aguaEs uno de los indicadores de calidad importante de cualquier material dieléctrico que incluye cerámica piezoeléctrica. Bajo un campo eléctrico alterno, la carga se acumula en el medio tiene dos partes: una es la parte activa (en fase), que es causada por el proceso de conducción; y el otro es la parte reactiva (heterogénea), que es causada por el proceso de relajación del medio. La proporción del componente desfase al componente en fase de la pérdida dieléctrica, IC es el componente en fase, IR es el componente fuera de fase, el ángulo entre IC y la corriente total I es Δ , Ω es la frecuencia angular del campo eléctrico alterno, y R es la resistencia a la pérdida, C es el condensador dieléctrico. Se puede ver en la fórmula (1-4) que cuando el IR es grande, el bronceado también es grande; La hora del IR TAN Δ es también pequeña. La pérdida dieléctrica generalmente expresada por TAN Δ se llama el factor de pérdida o pérdida de pérdida dieléctrica, o se llama pérdida dieléctrica. La pérdida de dieléctrica en un campo electrostático se deriva del proceso de conducción en el medio. La pérdida dieléctrica en un campo eléctrico alterno se deriva de la pérdida dieléctrica causada por el proceso de conducción y la relajación de la polarización. Además, la pérdida dieléctrica de cerámica piezoeléctrica ferroeléctrica también está relacionada con el proceso de movimiento de las paredes de dominio, pero la situación es más complicada.

(4) constante elástica

Las cerámicas piezoeléctricas son un elastómero en la gama de límites elásticos, el estrés debe ser proporcional. Deje que la tensión sea t, aplicada a la hoja de cerámica piezoeléctrica con el área de la sección transversal A, y la cepa generada por S. Según la ley de Hooke, la relación entre el estrés T y la cepa S es la siguiente, donde S es la Constante de suavidad elástica. La unidad es m2 / n; C es la constante de rigidez elástica en n / m2. Sin embargo, cualquier material es tridimensional, es decir, cuando se aplica el estrés en la dirección longitudinal, la tensión se genera no solo en la dirección longitudinal sino también en las instrucciones de ancho y espesor. Hay una pieza delgada como se muestra, cuya longitud está en una dirección y el ancho en dos direcciones. Aplicar el estrés T1 en la dirección de 1 hace que la hoja genere la cepa S1 en la dirección 1 y la cepa S2 en la dirección 2, y no es difícil obtener el S1 = S11T1 de la ecuación (1-5); S2 = S12T1. Las dos constantes de cumplimiento de la elástica S11 en comparación con S12.

(5) constante piezoeléctrico

Para un sólido típico, el estrés T solo causa una tensión proporcional deTransductor tubular piezoeléctrico PZT, que está relacionado por el módulo elástico, es decir, t = ys; La cerámica piezoeléctrica tiene piezoelectricidad, es decir, un cargo adicional se puede generar cuando se aplica el estrés. La carga generada es proporcional al estrés aplicado. Para la presión y la tensión, el signo es opuesto. El desplazamiento dieléctrico D (área de carga) y el estrés T (área de fuerza) se expresan de la siguiente manera: d = q / a = dt donde D está en Coulomb / Newton (C / N). Este es el efecto piezoeléctrico positivo. También hay un efecto piezoeléctrico inverso que produce una cepa S proporcionalmente cuando se aplica un campo eléctrico E, y la tensión resultante se expande o se contrae dependiendo de la dirección de polarización de la muestra. En la fórmula S = DE, la unidad de D es metros / voltio (m / v). La proporcionalidad constante D en las dos ecuaciones anteriores se llama constante de tensión piezoeléctrica. Para efectos piezoeléctricos positivos e inversos, D es numéricamente igual,

(6) constante de frecuencia:

La constante de frecuencia es el producto de la frecuencia resonante y la dimensión que determina la resonancia. Si el campo eléctrico aplicado es perpendicular a la dirección de vibración, la frecuencia resonante es la frecuencia de resonancia de la serie; Si el campo eléctrico es paralelo a la dirección de vibración, la frecuencia resonante es la frecuencia resonante paralela. Por lo tanto, para la resonancia de los 31 y 15 modos y la resonancia para el modo planar o radial, las constantes de frecuencia correspondientes son NE1, NE5 y NEP, y la constante de frecuencia de resonancia del modo 33 es ND3. Para una varilla larga polarizada longitudinalmente, la constante de frecuencia de la vibración longitudinal generalmente se expresa por ND3; Para una oblea delgada de cualquier tamaño que sea resistente a la polarización lineal, la constante de frecuencia de la vibración de estiramiento del espesor generalmente se expresa por NDT. El NDT y el NDP de la oblea son parámetros importantes. A excepción del NDP constante de frecuencia, las otras constantes de frecuencia son iguales a la mitad de la velocidad de sonido principal en el cuerpo piezocerámico, es decir, ND = 1/2 (SDPM) - 1/2 y NE = 1/2 (SEPM) - 1/2, donde SD = SE (1-K2), cada constante de frecuencia tiene una esquina inferior correspondiente.