CN206051868U - 压电陶瓷片滑动夹持式极化装置 - Google Patents

Abstract

压电陶瓷片滑动夹持式极化装置，包括极化箱，极化箱顶部左侧设有安装架，安装架上设有电机减速机，极化箱顶部中央设有试件取放口和用于封堵试件取放口的箱盖，电机减速机的主轴传动连接有位于极化箱内的升降机构，极化箱内设有设置在升降机构上的试件夹持机构，试件夹持机构位于试件取放口正下方，试件夹持机构上设有用于封堵试件取放口的箱盖；极化箱内插设有热电偶。本实用新型实现了对压电陶瓷片外形不做限制的功能，可以夹持不同形状和尺寸的压电陶瓷片，并且夹持的力度可以控制，避免损伤压电陶瓷片，另外采用自动升降取放压电陶瓷片，保证了操作的安全性。

Description

压电陶瓷片滑动夹持式极化装置

技术领域

本实用新型属于压电陶瓷材料极化技术领域，具体涉及一种压电陶瓷片滑动夹持式极化装置。

背景技术

压电陶瓷是一种能够将机械能和电能互相转换的功能陶瓷材料，被广泛应用于移动通信、卫星广播、电子设备、仪器仪表、生物以及航空航天等高新技术领域，成为不可缺少的现代化关键材料和元件。随着科学技术的飞速发展，许多电子电器设备对所选用的压电器件要求也越来越高，要求压电材料在使用范围和使用环境方面有更大的适应性，为此研制出居里温度更高、压电常数更大、机械强度更高的新型压电材料就成为当务之急。日本和美国是高档电子元器件的主要生产国，几乎所有日本大公司和许多欧美公司都投入大量精力到压电陶瓷的研制中。

研究新型压电陶瓷元件需对不同的材料和工艺进行大量的试验， 通过试验的结果来研究元件的特性。然而，与大规模工业生产不同，实验室条件下对陶瓷进行极化， 每个试件的厚度、材料都有可能不同，所以每个试件需要选择合适的电场强度、极化时间和极化温度才能使试件具有最佳性能。

试件的极化处理有两种方式，一种是硅油极化，极化工艺为120℃，3KV/mm，3min；一种是空气极化，极化电压一般为娇顽场的几倍，极化时间15min。极化后试件应放置24h后再进行实验测试。

极化的目的是使电畴偏转，达到饱和极化强度，高压下畴偏转很快，考虑到高压下半导体容易被击穿，一般是降低极化电压，延长极化时间和提高极化温度，温度高可促进畴的偏转。在硅油中极化还是空气极化视极化电压而定，极化电压较高时，可能击穿空气，造成表面放电，从而损坏样品，此时一般采用硅油极化。

压电陶瓷内部的晶粒有许多自发极化的电畴，它有一定的极化方向，从而存在电场，在无外电场作用时，电畴在晶体中杂乱分布，它们的极化效应被相互抵消，压电陶瓷内极化强度为零，因此原始的压电陶瓷呈中性，不具有压电性质。在陶瓷上施加外电场时，电畴的极化方向发生转动，趋向于按外电场方向的排列，从而使材料得到极化。外电场愈强，就有更多的电畴更完全地转向外电场方向， 当让外电场强度大到使材料的极化达到饱和的程度， 即所有电畴极化方向都整齐地与外电场方向一致时， 外电场去掉后，电畴的极化方向基本不变，这时的材料才具有压电特性，这就是压电陶瓷的极化过程。压电陶瓷极化装置就是完成极化过程的一种设备。

现有的压电陶瓷极化装置在工作使用过程中存在以下技术问题：1、在密闭容器（极化箱）内盛装的硅油的温度变化较大，保温效果差，温度不易控制，导致极化效果不佳；2、由于极化作业的电压是高压，在向密闭容器内放入或取出压电陶瓷片还采用人工操作，具有较大的安全隐患；3、现有的压电陶瓷片极化装置，大多为用户自行搭建，在极化夹具上的设计比较粗糙，不能根据压电陶瓷片的尺寸的大小实现不同形状的样品在不同方向上的极化，此外现有技术中大多采用简单的弹簧夹持方式，夹紧力不可调不可控，容易损坏压电陶瓷片。

实用新型内容

本实用新型为了解决现有技术中的不足之处，提供一种结构简单、便于操控、可根据压电陶瓷片的形状进行调节夹持空间满足不同方向极化、夹持力较小不至于损伤压电陶瓷片、硅油温度可控制、自动取放试件、安全可靠的压电陶瓷片滑动夹持式极化装置。

为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：压电陶瓷片滑动夹持式极化装置，包括极化箱，极化箱顶部左侧设有安装架，安装架上设有电机减速机，极化箱顶部中央设有试件取放口和用于封堵试件取放口的箱盖，箱盖一侧边沿通过铰链铰接在极化箱顶部，箱盖另一侧顶部设有开盖手柄，电机减速机的主轴传动连接有位于极化箱内的升降机构，极化箱内设有设置在升降机构上的试件夹持机构，试件夹持机构位于试件取放口正下方，试件夹持机构上设有用于封堵试件取放口的箱盖；极化箱内插设有热电偶；

升降机构包括沿垂直方向设置的丝杠和导柱，丝杠和导柱分别设在极化箱内的左侧和右侧，丝杠上端同轴向设有光轴，光轴上端穿过极化箱顶部与电机减速机的主轴通过联轴器传动连接，极化箱内底部左侧设有轴承座，丝杠下端转动连接在轴承座内，导柱上端通过安装螺栓与极化箱顶部固定连接，导柱下端通过固定连接件与极化箱侧壁固定连接；丝杠上螺纹连接有螺母，导柱上穿套有水平设置的支撑板，支撑板左侧与螺母右侧固定连接；所述的试件夹持机构固定设在支撑板上；

试件夹持机构包括水平设置的聚四氟乙烯绝缘板，聚四氟乙烯绝缘板通过连接螺栓固定设在支撑板上表面，聚四氟乙烯绝缘板上设有绝缘支座，绝缘支座上表面保持水平，绝缘支座上表面沿左右水平方向开设有一条燕尾槽，绝缘支座上设有左导电滑座和右导电滑座，左导电滑座顶部设有左导电夹板，右导电滑座顶部设有与左导电夹板平行且左右相对设置的右导电夹板，左导电夹板右侧面水平设有左导电支板，右导电夹板左侧面水平设有右导电支板，左导电滑座上设有左接线柱，右导电滑座上设有右接线柱，左导电滑座上沿垂直方向设有与燕尾槽上下对应的左通孔，左通孔内穿设有左紧固螺栓，右导电滑座上沿垂直方向设有与燕尾槽上下对应的右通孔，右通孔内穿设有右紧固螺栓，燕尾槽内滑动设有左定位块和右定位块，左定位块、右定位块和燕尾槽的横截面均相同，左定位块上沿垂直方向设有左螺孔，右定位块上沿垂直方向设有右螺孔，左紧固螺栓下端伸入并螺纹连接在左螺孔内，右紧固螺栓下端伸入并螺纹连接在右螺孔内。

绝缘支座前侧面沿燕尾槽的长度方向设有直尺刻度，直尺刻度的0刻度线位于直尺刻度的中间。

左导电滑座包括左底座和设在左底座顶部右侧的左顶座，左通孔设在左底座左侧，左接线柱和左导电支板设在左顶座上，左接线柱位于左导电支板左侧。

右导电滑座包括右底座和设在右底座顶部左侧的右顶座，右通孔设在右底座右侧，右接线柱和右导电支板设在右顶座上，右接线柱位于右导电支板右侧。

极化箱外侧壁下部设有接地接线柱。

极化箱内设有筒体，筒体上端和下端边沿分别与极化箱的顶部下表面和底部下表面固定连接，筒体外壁与极化箱内侧壁之间具有环形空腔，环形空腔内填充有保温石棉。

采用上述技术方案，本实用新型的具体工作过程如下：

首先，本实用新型中的左接线柱和右接线柱分别通过高压导线连接到多通道高压电源的正极和负极上，极化箱体内盛装硅油，并对硅油进行加热，通过热电偶监控硅油的温度保持在80℃～180℃；手持开盖手柄将箱盖打开，启动电机减速机，电机减速机的主轴通过联轴器带动丝杠旋转，丝杠上螺纹连接的螺母在支撑板和导柱的限定下，螺母沿丝杠向下移动，导柱起到良好的平衡及上下移动的导向作用；支撑板的向下移动，带动试件夹持机构也向上移动，试件夹持机构向上从试件取放口伸出来，关闭电机减速机，将压电陶瓷片放置到左导电支板和右导电支板上，沿燕尾槽长度方向移动左导电滑座和/或右导电滑座，使左导电夹板和右导电夹板把压电陶瓷片紧紧夹住，然后使用扳手拧动左紧固螺栓和/或右紧固螺栓，使左定位块和/右定位块与燕尾槽内壁的上部压紧，从而使左导电滑座和右导电滑座固定到绝缘支座上。然后启动电机减速机，驱动试件夹持机构、压电陶瓷片以及箱盖向下移动，压电陶瓷片没入到硅油中，关闭电机减速机，接着就可对左接线柱和右接线柱通入高压电进行极化作业。

硅油起到绝缘、灭弧、散热的作用。极化的目的是使电畴偏转，达到饱和极化强度，高压下畴偏转很快，考虑到高压下半导体容易被击穿，一般是降低极化电压，延长极化时间和提高极化温度，温度高可促进畴的偏转。（硅油极化的极化工艺为120℃，3KV/mm，3min；空气极化的极化电压较高，极化时间15min。极化后压电陶瓷片应放置24h后再进行实验测试。）

综上所述，本实用新型具有以下有益技术效果：

1、实现了对压电陶瓷片外形不做限制的功能，圆柱形和长条形的压电陶瓷片都可以利用本实用新型进行极化，极化压头下面均匀设有镀银层可以均匀电场，防止电击穿，提高导电效率。

2、本实用新型通过电炉对极化装置进行加热，使用热电偶温度计采集恒温室的温度，采用温控仪实现 300 ℃以内的温度测量和控制，并有保持恒温的功能，显示温度。

3、在极化箱内注满硅油，硅油起到导热和绝缘作用。考虑到使用的聚四氟乙烯材料的耐温和实验所需，一般的工作温度为80 ℃～180 ℃，通过热电偶进行监控硅油的温度，因此通过电炉加热使硅油保持在需要的极化温度80 ℃～180 ℃。

4、筒体与极化箱内侧壁之间形成的环形空腔内填充保温石棉实现绝缘保温作用。当需要对极化箱内硅油温度搅拌均匀时，可操控电机减速机驱动丝杠带动多工位夹持装置上下运动，这样就可搅拌硅油，使加热更均匀。

5、设置升降机构，不仅便于安装压电陶瓷片，而且便于取出在极化箱内极化好的高温压电陶瓷样品。升降机构由电机减速机带动，驱动一根丝杠，使多工位夹持装置升降，大约 10s 完成上升或下降过程。升降机构的行程末端有行程开关控制，在极化完成后多工位夹持装置上升即将托出极化箱时，自动切断极化高压电源，保证了操作的安全性。

6、绝缘支座前侧面沿燕尾槽的长度方向设有直尺刻度，可以量取压电陶瓷片的长度，进而根据长度调整极化的电压，针对性更强。

7、左导电滑座和右导电滑座分别沿绝缘支座移动来调节夹持长度，这样可以夹持不同形状和尺寸的压电陶瓷片，并且夹持的力度可以控制，避免损伤压电陶瓷片。

附图说明

图1是本实用新型的平面结构示意图；

图2是图1中试件夹持机构的放大图；

图3是图1的左视图；

图4是本实用新型的立体结构示意图。

具体实施方式

如图1、图2和图3所示，本实用新型的压电陶瓷片滑动夹持式极化装置，包括极化箱1，极化箱1顶部左侧设有安装架2，安装架2上设有电机减速机3，极化箱1顶部中央设有试件取放口4和用于封堵试件取放口4的箱盖5，箱盖5一侧边沿通过铰链6铰接在极化箱1顶部，箱盖5另一侧顶部设有开盖手柄7，电机减速机3的主轴传动连接有位于极化箱1内的升降机构，极化箱1内设有设置在升降机构上的试件夹持机构8，试件夹持机构8位于试件取放口4正下方，试件夹持机构8上设有用于封堵试件取放口4的箱盖5；极化箱1内插设有热电偶9。

升降机构包括沿垂直方向设置的丝杠10和导柱11，丝杠10和导柱11分别设在极化箱1内的左侧和右侧，丝杠10上端同轴向设有光轴12，光轴12上端穿过极化箱1顶部与电机减速机3的主轴通过联轴器13传动连接，极化箱1内底部左侧设有轴承座13，丝杠10下端转动连接在轴承座13内，导柱11上端通过安装螺栓14与极化箱1顶部固定连接，导柱11下端通过固定连接件15与极化箱1侧壁固定连接；丝杠10上螺纹连接有螺母16，导柱11上穿套有水平设置的支撑板17，支撑板17左侧与螺母16右侧固定连接；所述的试件夹持机构8固定设在支撑板17上。

试件夹持机构8包括水平设置的聚四氟乙烯绝缘板18，聚四氟乙烯绝缘板18通过连接螺栓固定设在支撑板17上表面，聚四氟乙烯绝缘板18上设有绝缘支座19，绝缘支座19上表面保持水平，绝缘支座19上表面沿左右水平方向开设有一条燕尾槽20，绝缘支座19上设有左导电滑座和右导电滑座，左导电滑座顶部设有左导电夹板23，右导电滑座顶部设有与左导电夹板23平行且左右相对设置的右导电夹板24，左导电夹板23右侧面水平设有左导电支板25，右导电夹板24左侧面水平设有右导电支板26，左导电滑座上设有左接线柱27，右导电滑座上设有右接线柱28，左导电滑座上沿垂直方向设有与燕尾槽20上下对应的左通孔，左通孔内穿设有左紧固螺栓29，右导电滑座上沿垂直方向设有与燕尾槽20上下对应的右通孔，右通孔内穿设有右紧固螺栓30，燕尾槽20内滑动设有左定位块31和右定位块32，左定位块31、右定位块32和燕尾槽20的横截面均相同，左定位块31上沿垂直方向设有左螺孔，右定位块32上沿垂直方向设有右螺孔，左紧固螺栓29下端伸入并螺纹连接在左螺孔内，右紧固螺栓30下端伸入并螺纹连接在右螺孔内。

绝缘支座19前侧面沿燕尾槽20的长度方向设有直尺刻度33，直尺刻度33的0刻度线位于直尺刻度33的中间。

左导电滑座包括左底座34和设在左底座34顶部右侧的左顶座35，左通孔设在左底座34左侧，左接线柱27和左导电支板25设在左顶座35上，左接线柱27位于左导电支板25左侧。

右导电滑座包括右底座36和设在右底座36顶部左侧的右顶座37，右通孔设在右底座36右侧，右接线柱28和右导电支板26设在右顶座37上，右接线柱28位于右导电支板26右侧。

极化箱1外侧壁下部设有接地接线柱38。

极化箱1内设有筒体39，筒体39上端和下端边沿分别与极化箱1的顶部下表面和底部下表面固定连接，筒体39外壁与极化箱1内侧壁之间具有环形空腔，环形空腔内填充有保温石棉40。

本实用新型的具体工作过程如下：首先，本实用新型中的左接线柱27和右接线柱28分别通过高压导线连接到多通道高压电源的正极和负极上，极化箱1体内盛装硅油，并对硅油进行加热，通过热电偶9监控硅油的温度保持在80℃～180℃；手持开盖手柄7将箱盖5打开，启动电机减速机3，电机减速机3的主轴通过联轴器带动丝杠10旋转，丝杠10上螺纹连接的螺母16在支撑板17和导柱11的限定下，螺母16沿丝杠10向下移动，导柱11起到良好的平衡及上下移动的导向作用；支撑板17的向下移动，带动试件夹持机构8也向上移动，试件夹持机构8向上从试件取放口4伸出来，关闭电机减速机3，将压电陶瓷片41放置到左导电支板25和右导电支板26上，沿燕尾槽20长度方向移动左导电滑座和/或右导电滑座，使左导电夹板23和右导电夹板24把压电陶瓷片41紧紧夹住，然后使用扳手拧动左紧固螺栓29和/或右紧固螺栓30，使左定位块31和/右定位块32与燕尾槽20内壁的上部压紧，从而使左导电滑座和右导电滑座固定到绝缘支座19上。然后启动电机减速机3，驱动试件夹持机构8、压电陶瓷片41以及箱盖5向下移动，压电陶瓷片41没入到硅油中，关闭电机减速机3，接着就可对左接线柱27和右接线柱28通入高压电进行极化作业。

以上实施例仅用以说明而非限制本实用新型的技术方案，尽管参照上述实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本实用新型进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

Claims (6)

1.压电陶瓷片滑动夹持式极化装置，其特征在于：包括极化箱，极化箱顶部左侧设有安装架，安装架上设有电机减速机，极化箱顶部中央设有试件取放口和用于封堵试件取放口的箱盖，箱盖一侧边沿通过铰链铰接在极化箱顶部，箱盖另一侧顶部设有开盖手柄，电机减速机的主轴传动连接有位于极化箱内的升降机构，极化箱内设有设置在升降机构上的试件夹持机构，试件夹持机构位于试件取放口正下方，试件夹持机构上设有用于封堵试件取放口的箱盖；极化箱内插设有热电偶；

升降机构包括沿垂直方向设置的丝杠和导柱，丝杠和导柱分别设在极化箱内的左侧和右侧，丝杠上端同轴向设有光轴，光轴上端穿过极化箱顶部与电机减速机的主轴通过联轴器传动连接，极化箱内底部左侧设有轴承座，丝杠下端转动连接在轴承座内，导柱上端通过安装螺栓与极化箱顶部固定连接，导柱下端通过固定连接件与极化箱侧壁固定连接；丝杠上螺纹连接有螺母，导柱上穿套有水平设置的支撑板，支撑板左侧与螺母右侧固定连接；所述的试件夹持机构固定设在支撑板上；

试件夹持机构包括水平设置的聚四氟乙烯绝缘板，聚四氟乙烯绝缘板通过连接螺栓固定设在支撑板上表面，聚四氟乙烯绝缘板上设有绝缘支座，绝缘支座上表面保持水平，绝缘支座上表面沿左右水平方向开设有一条燕尾槽，绝缘支座上设有左导电滑座和右导电滑座，左导电滑座顶部设有左导电夹板，右导电滑座顶部设有与左导电夹板平行且左右相对设置的右导电夹板，左导电夹板右侧面水平设有左导电支板，右导电夹板左侧面水平设有右导电支板，左导电滑座上设有左接线柱，右导电滑座上设有右接线柱，左导电滑座上沿垂直方向设有与燕尾槽上下对应的左通孔，左通孔内穿设有左紧固螺栓，右导电滑座上沿垂直方向设有与燕尾槽上下对应的右通孔，右通孔内穿设有右紧固螺栓，燕尾槽内滑动设有左定位块和右定位块，左定位块、右定位块和燕尾槽的横截面均相同，左定位块上沿垂直方向设有左螺孔，右定位块上沿垂直方向设有右螺孔，左紧固螺栓下端伸入并螺纹连接在左螺孔内，右紧固螺栓下端伸入并螺纹连接在右螺孔内。

2.根据权利要求1所述的压电陶瓷片滑动夹持式极化装置，其特征在于：绝缘支座前侧面沿燕尾槽的长度方向设有直尺刻度，直尺刻度的0刻度线位于直尺刻度的中间。

3.根据权利要求1或2所述的压电陶瓷片滑动夹持式极化装置，其特征在于：左导电滑座包括左底座和设在左底座顶部右侧的左顶座，左通孔设在左底座左侧，左接线柱和左导电支板设在左顶座上，左接线柱位于左导电支板左侧。

4.根据权利要求1或2所述的压电陶瓷片滑动夹持式极化装置，其特征在于：右导电滑座包括右底座和设在右底座顶部左侧的右顶座，右通孔设在右底座右侧，右接线柱和右导电支板设在右顶座上，右接线柱位于右导电支板右侧。

5.根据权利要求1或2所述的压电陶瓷片滑动夹持式极化装置，其特征在于：极化箱外侧壁下部设有接地接线柱。

6.根据权利要求1或2所述的压电陶瓷片滑动夹持式极化装置，其特征在于：极化箱内设有筒体，筒体上端和下端边沿分别与极化箱的顶部下表面和底部下表面固定连接，筒体外壁与极化箱内侧壁之间具有环形空腔，环形空腔内填充有保温石棉。