CN107240640A - 一种压电极化装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种压电极化装置，包括：高压电源、多通道电流测量装置、极化夹具、加热装置、控温装置、安全防护装置；所述高压电源与极化夹具连接用于极化夹具上固定的试样；所述多通道电流测量装置与极化夹具连接用于测量极化夹具中各个极化支路的电流；所述加热装置用于为极化夹具加热；所述安全防护装置与高压电源串联，用于控制高压电源的通断。本申请提供的压电极化装置，由于将，门控开关与高压电源连接，从而使得该装置使用更安全，而且该装置便于搭建、使用方便；另外，本申请通过将多通道电流测量装置与极化夹具连接，从而可以便于发现极化时被击穿的陶瓷片。

Description

一种压电极化装置

技术领域

本发明涉及材料技术领域，尤其涉及一种压电极化装置。

背景技术

压电陶瓷作为机械性能和电性能互相转换的功能性材料，被广泛应用与通讯、测量、生物、航天等各个领域。对于材料专业的专业来说，压电材料综合实验是比较好的实验项目，就实验内容来说，该实验可以掌握陶瓷类设计配比烧结的全部过程，其性能也包括了材料中常用的介电常数、损耗、电滞回线等内容，并且该实验使用仪器简单，制备过程只需要高温炉，性能检测主要部分d33、机电耦合系数、介电常数、损耗所用的d33测定仪、阻抗分析仪、LCR电桥价格都比较便宜。但是压电材料从制备到性能测试中间有一个必不可少的步骤-极化，极化后的压电陶瓷才能使材料中的电畴保持同一方向，从而使陶瓷具有宏观压电性以进行性能测试或者使用。根据极化的条件，需要压电极化设备具有可加热至200℃并可以进行温度测量、可以多样品同时极化、更换样品方便，最重要的是，极化一般都需要几千伏的电压，实验的安全性至关重要，而目前市场上并无合适的可供实验室使用的极化设备。

发明内容

本发明的目的在于解决上述现有技术存在的缺陷，提供一种极化试验过程中安全可靠的极化装置。

一种压电极化装置，包括：高压电源、多通道电流测量装置、极化夹具、加热装置、控温装置、安全防护装置；

所述高压电源与极化夹具连接用于极化夹具上固定的试样；

所述多通道电流测量装置与极化夹具连接用于测量极化夹具中各个极化支路的电流；

所述加热装置用于为极化夹具加热；

所述安全防护装置与高压电源串联，用于控制高压电源的通断。

进一步地，如上所述的压电极化装置，所述安全防护装置为一个门控开关，所述门控开关包括行程开关SQ和接触器KM。

进一步地，如上所述的压电极化装置，所述极化夹具包括：黄铜底板、上木板、设置在黄铜底板与上木板之间的铜棒；所述铜棒包括设置在黄铜底板四个角的支撑铜棒以及设置在四个支撑铜棒之间的若干夹具铜棒；所述夹具铜棒的上端设置有用于固定试样的弹簧；

所述多通道电流测量装置与所述若干夹具铜棒分别连接；

所述多通道电流测量装置为与夹具铜棒连接的微安表。

进一步地，如上所述的压电极化装置，所述加热装置为将极化夹具浸泡在其中的油浴装置，所述油浴装置中采用二甲基硅油作为加热油浴。

有益效果：

本申请提供的压电极化装置，由于将，门控开关与高压电源连接，从而使得该装置使用更安全，而且该装置便于搭建、使用方便；另外，本申请通过将多通道电流测量装置与极化夹具连接，从而可以便于发现极化时被击穿的陶瓷片。

附图说明

图1为本发明压电极化装置结构示意图；

图2为本发明极化夹具结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明提供一种压电极化装置，包括：高压电源、多通道电流测量装置、极化夹具、加热装置、控温装置、安全防护装置；

所述高压电源与极化夹具连接用于极化夹具上固定的试样；

所述多通道电流测量装置与极化夹具连接用于测量极化夹具中各个极化支路的电流；

所述加热装置用于为极化夹具加热；

所述安全防护装置与高压电源串联，用于控制高压电源的通断。

所述安全防护装置为一个门控开关，所述门控开关包括行程开关SQ和接触器KM。

具体地，电畴方向与外加电场一致，此后陶压电陶瓷作为压电材料，具有压电效应及逆压电效应，可以完成电能和机械能的相互转化。但是没有极化过的压电陶瓷，其内部的电畴排布方向是散乱没有规律的，陶瓷整体并不表现出压电性。压电陶瓷在测试、使用前，必须预先给陶瓷加上电场，使得各个电瓷即表现出压电性，可以作为压电材料使用。极化的电场需要超过压电陶瓷的矫顽电场，一般的压电陶瓷材料，需要的极化电场为3000-7000V/mm，而有时为了达到更好的极化效果，同时避免极化电压太高，需要对在极化的同时对样品进行加热。

基于上述的需要，压电极化装置需要包含以下部分：高压电源、多通道电流测量装置、极化夹具、加热装置、控温装置、安全防护装置。为了便于整套设施的搭建，极化系统中高压电源采用成品的高压电源，可输出10000V直流电压，温控系统利用恒温油浴实现，因为极化时电压较高，大于空气的击穿强度(大约2000V/mm)，所以极化过程样品及夹具需要浸泡的绝缘油中，同时可使用恒温油浴实现极化的温度测量控制。

对于压电陶瓷极化来说，因其常用极化电压可以达到3000-7000V，所以安全措施是使用的前提。对于极化设备的安全措施，首先整套极化装置放置于8mm厚的绝缘垫上；其次，裸露的低压金属部分都要进行接地处理；考虑到夹具需要在油浴中加热，高压部分难以绝缘遮挡，本发明使用门控开关来控制高压电源的通断。所述加热装置为将极化夹具浸泡在其中的油浴装置，所述油浴装置中采用二甲基硅油作为加热油浴。

因极化电压高，极化时样品及夹具下半部分都浸泡在硅油中。需要加热时，加热装置对硅油进行加热，控温置控制加热温度，本发明使用的是一个油浴装置实现控温及加热。电流测量装置为几个微安表，分别测量每个极化支路的电流。高压电源是提供极化时的高压。

如图2所示，所述极化夹具包括：黄铜底板1、上木板2、设置在黄铜底板1与上木板2之间的铜棒；所述铜棒包括设置在黄铜底板四个角的支撑铜棒31以及设置在四个支撑铜棒31之间的若干夹具铜棒32；所述夹具铜棒32的上端设置有用于固定试样的弹簧321；

所述多通道电流测量装置与所述若干夹具铜棒32分别连接；

所述多通道电流测量装置为与夹具铜棒32连接的微安表。

具体地，夹具系统是整个极化装置的核心，按照极化的需要，夹具系统需要便于安装更换试样、操作安全、可加热、并且可同时对几个试样进行极化。极化夹具主体由下面黄铜板及上面厚电木板组成，四角用四根M10铜螺杆作为支撑，黄铜板使用时浸泡在硅油中，连接极化电源的高压端，厚电木板作为支撑绝缘材料，同时厚板子可以更好限定连接低压端的铜棒的位置。样品通过带弹簧的低压端连接棒来固定，根据不同需要以及加热油浴装置的大小，可设计不同数目的夹头数量，同时极化的样品数目可根据连接线路的线夹来调节。此夹具油浴中部分全部为黄铜材料，极化时可加热到的最高温度可达到硅油的最高使用温度(大约300℃)，比常用的聚四氟乙烯绝缘材料使用温度更高。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (4)

1.一种压电极化装置，其特征在于，包括：高压电源、多通道电流测量装置、极化夹具、加热装置、控温装置、安全防护装置；

所述高压电源与极化夹具连接用于极化夹具上固定的试样；

所述多通道电流测量装置与极化夹具连接用于测量极化夹具中各个极化支路的电流；

所述加热装置用于为极化夹具加热；

所述安全防护装置与高压电源串联，用于控制高压电源的通断。

2.根据权利要求1所述的压电极化装置，其特征在于，所述安全防护装置为一个门控开关，所述门控开关包括行程开关SQ和接触器KM。

3.根据权利要求1所述的压电极化装置，其特征在于，所述极化夹具包括：黄铜底板(1)、上木板(2)、设置在黄铜底板(1)与上木板(2)之间的铜棒；所述铜棒包括设置在黄铜底板四个角的支撑铜棒(31)以及设置在四个支撑铜棒(31)之间的若干夹具铜棒(32)；所述夹具铜棒(32)的上端设置有用于固定试样的弹簧(321)；

所述多通道电流测量装置与所述若干夹具铜棒(32)分别连接；

所述多通道电流测量装置为与夹具铜棒(32)连接的微安表。

4.根据权利要求1所述的压电极化装置，其特征在于，所述加热装置为将极化夹具浸泡在其中的油浴装置，所述油浴装置中采用二甲基硅油作为加热油浴。