DE1054582B

DE1054582B - Process for polarizing ferroelectric materials

Info

Publication number: DE1054582B
Application number: DEB46859A
Authority: DE
Inventors: William Arden Daniel; Brownlee Bensel Gauld
Original assignee: Bendix Aviation Corp
Current assignee: Bendix Aviation Corp
Priority date: 1956-12-07
Filing date: 1957-11-20
Publication date: 1959-04-09

Description

Verfahren zur Polarisierung ferroelekt.rischer Materialien Die Erfindung bezieht sich auf Verfahren zur Aktivierung bzw. Polarisierung polykristalliner ferroelektrischer Materialien, wie Bariumtitanat, um ihnen elektromechanische Eigenschaften zu verleihen.Method for polarizing ferroelectric materials The invention relates to methods of activating or polarizing polycrystalline ferroelectric Materials, such as barium titanate, to give them electromechanical properties.

Gegenstand der Erfindung ist es, ein wirksameres und zweckmäßigeres Verfahren zur Aktivierung derartiger Materialien zu schaffen.The object of the invention is to provide a more effective and convenient To create methods for activating such materials.

Gegenstand der Erfindung ist es ferner, ein Verfahren zu schaffen, das a) einen höheren Grad der Aktivierung erreicht, b) die erforderliche Zeit zur Herstellung eines bestimmten Aktivierungsgrades vermindert, c) das Auftreten von Überschlägen oder Durchschlägen während der Aktivierung vermindert und d) die Aktivierung von ferroelektrischen Gegenständen bei erwünschten hohen Temperaturen ermöglicht, wobei die Gegenstände in eine elektrisch isolierende Flüssigkeit niedrigerer Temperatur eingetaucht werden.The object of the invention is also to create a method that a) reaches a higher degree of activation, b) the required time to Production of a certain degree of activation reduced, c) the occurrence of Flashovers or punctures during activation are reduced and d) activation of ferroelectric objects at the desired high temperatures, placing the objects in an electrically insulating liquid of lower temperature be immersed.

Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung hervor. Die Erfindung kann bei allen ferroelektrischen Materialien angewandt werden, einschließlich aller keramischer Stoffe auf Bariumtitanatb-asis, Titanate anderer -Metalle, wie der alkalischen Erdmetalle, alkalische Erd.metalltantalate, Niobate, Bleizirkonate, Bleititanate. Wolfram, Wism@utoxyde, Strontiumaerat, Borphosphat, Arsensesduioxyd, Li-thiumferri,t, Antimonjodid und Mischungen von all diesen.Further details and features of the invention emerge from the following Description. The invention can be used with all ferroelectric materials are used, including all ceramic materials based on barium titanate, Titanates of other metals, such as alkaline earth metals, alkaline earth metal tantalates, Niobates, lead zirconates, lead titanates. Tungsten, Wism @ utoxyde, strontium aerate, boron phosphate, Arsenic dioxide, lithium ferric oxide, antimony iodide, and mixtures of all of these.

Die Materialien, für die die Erfindung in Frage kommt, können 1001/o eines gegebenen ferroelektri-@chen -Materials aufweisen oder Mischungen von einem oder mehreren ferroclektrischen Materialien mit oder ohne nicht ferroelektrischen Materialien zur Herstellung eines besonderen Enderzeugnisses. Beispiele von Zusätzen für Bariumtitanat sind: Kalziumtitanat, Bleititanat, Kalziumzirkonat, Strontiumtitanat, Bariumstannat und Kombinationen bzw. Verbindungen davon.The materials for which the invention is suitable can 1001 / o of a given ferroelectric @ chen material or mixtures of one or more ferroelectric materials with or without non-ferroelectric Materials for the manufacture of a special end product. Examples of additives for barium titanate are: calcium titanate, lead titanate, calcium zirconate, strontium titanate, Barium stannate and combinations or compounds thereof.

Bei bekannten und allgemein gebräuchlichen Verfahren zur Aktivierung ferroelektrischer Gegenstände werden die Gegenstände (mit Hilfe von leitenden Elektroden an ihrer Oberfläche) einem verhältnismäßig hohen Potential gleicher Richtung bzw. einheitlicher Richtung ausgesetzt, während sie in eine elektrisch isolierende Flüssigkeit, und zwar gewöhnlich 01, eingetaucht werden. Die Flüssigkeit erhöht den Widerstand gegen Stromüberschläge an der Oberfläche der Gegenstände zwischen den Elektroden und bestimmt bei den bisherigen Verfahren die Temperatur des Gegenstandes. Die einzelnen Verfahren unterscheiden sich im wesentlichen hinsichtlich der Temperatur, des Potentials und der angewandten Behandlungszeit. So gibt das USA.-Patent 2 846 560 die Lehre, Bariumtitanat durch Anwendung eines Potentials zu polarisieren, während es von der Transformations- bzw. Grenztemperatur (Curieschen Temperatur) auf eine niedrigere Temperatur abgekühlt wird. Das USA.-Patent 2 538 554 gibt die Lehre, Potentiale über 250 Volt pro Millimeter bei Temperaturen unter dem Curieschen Punkt für eine längere Zeit anzuwenden. Die USA.-Patentschrift 2 640 165 gibt die Lehre, etwa 2000 Volt pro Millimeter bei Raumtemperatur 15 bis 30 Minuten lang anzuwenden. Das USA.-Patent 2 702 427 gibt die Lehre, 2000 bis 4000 Volt pro Millimeter bei Temperaturen unter dem Curieschen Punkt mindestens mehrere Minuten lang anzuwenden. Das USA.-Patent 2 729 757 gibt die Lehre, zur Polarisierung von, ferroelektrischen bleiniobathaltigen Gegenständen (die einen Curieschen Punkt von etwa 540° C haben) durch Anwendung von ungefähr 750 Volt pro Millimeter bei einer Temperatur von 250° C 21/2 Stunden lang anzuwenden. Das USA.-Patent 2 724 171 gibt die Lehre, einen konstanten Strom anzuwenden, während vom Curieschen Punkt auf eine niedrigere Temperatur abgekühlt wird.With known and commonly used methods of activation Ferroelectric objects are the objects (with the help of conductive electrodes on their surface) a relatively high potential in the same direction or exposed to a uniform direction while immersed in an electrically insulating liquid, usually 01, be immersed. The liquid increases the resistance against electric flashovers on the surface of the objects between the electrodes and determines the temperature of the object in the previous methods. The single ones Processes differ essentially in terms of temperature and potential and the applied treatment time. U.S. Patent 2,846,560 teaches To polarize barium titanate by applying a potential while it is of the Transformation or limit temperature (Curies temperature) to a lower one Temperature is cooled. United States patent 2,538,554 teaches potentials over 250 volts per millimeter at temperatures below the Curies point for one to use for a long time. U.S. Patent 2,640,165 teaches about 2000 Apply volts per millimeter at room temperature for 15 to 30 minutes. The USA patent 2 702 427 gives the teaching, 2000 to 4000 volts per millimeter at temperatures below to apply the Curie's point for at least several minutes. The USA patent 2 729 757 teaches the polarization of ferroelectric lead containing lead Objects (which have a Curies point of about 540 ° C) by application of about 750 volts per millimeter at a temperature of 250 ° C for 21/2 hours to be used for a long time. U.S. Patent 2,724,171 teaches a constant current apply while cooled from Curie's point to a lower temperature will.

Die Verfahren nach der Erfindung beziehen sich nicht allein auf die Höhe der Spannung, die Temperatur oder die Behandlungszeit, sondern umfassen die neuen Schritte des elektrischen und gleichzeitigen mechanischen Schocks und/oder der inneren Erwät'-mung des Gegenstandes, der aktiviert wird, während er in eine kalte Flüssigkeit eingetaucht ist.The methods of the invention do not relate solely to the The amount of tension, the temperature or the treatment time, but include the new steps of electrical and simultaneous mechanical shock and / or the internal warming of the object, which is activated while it is in a cold liquid is immersed.

In ihrer einfachsten Ausführungsform unterscheidet sich die Erfindung von vorbekannten Verfahren nur dadurch, daß die gleichgerichtete Polarisationsspannung in kurzen Zeitabständen abwechselnd ein- und ausgeschaltet wird, anstatt daß sie ständig einwirkt. Es wurde folgendes im Vergleich zu einer ständig angelegten Gleichspannung festgestellt: 1) Erzeugung einer höheren maximalen Aktivierung, 2-) schnellere Aktivierung, 31 Reduzierung des Auftretens von Überschlägen und Durchschlägen.The invention differs in its simplest embodiment of previously known methods only in that the rectified polarization voltage in is switched on and off alternately for short periods of time instead of constantly acts. It became the following in comparison with a continuously applied DC voltage found: 1) generation of a higher maximum activation, 2-) faster activation, 31 Reduce the occurrence of flashovers and breakdowns.

Die ersten beiden Vorteile rühren offensichtlich von der Schockbehandlung des Gegenstandes zur Vibration her, mit ihrer natürlichen Periode bzw. Eigenfrequenz, jedesmal wenn die Spannung angelegt wird. Der dritte Vorteil kann durch die Theorie erklärt werden, daß kontinuierliche Anwendung der Spannung eine progressive Schwächung des Widerstandes des Gegenstandes bewirkt, während ein Abschalten der Spannung für kurze Zeit den Widerstand auf oder fast auf den ursprünglichen Wert zurückbringt. Diese Eigenschaft ermöglicht die Anwendung höherer Span-Fiwngen, mit der daraus sich ergebenden Erhöhung der ersten beiden Vorteile.The first two benefits obviously stem from the shock treatment the object to vibration, with its natural period or natural frequency, every time the voltage is applied. The third benefit can be through theory explained that continuous application of tension results in a progressive weakening of the object's resistance causes a disconnection of the voltage for briefly brings the resistance back to or almost to the original value. This property enables the use of higher chip flutes, with the resultant resulting increase in the first two benefits.

Eine zweite Ausführungsform der Erfindung besteht in der Anwendung einer gleichgerichteten Polarisationsspannung mit einer Wechselspannungskomponente von vorzugsweise Eigen- oder Resonanzfrequenz des ferroelektrischen Gegenstandes, der aktiviert wird. Dadurch wird der Gegenstand in kontinuierliche Schwingungen versetzt mit den sich daraus ergebenden, zuvor erwähnten ersten beiden Vorteilen. Das elektrische Wechselfeld in dem Gegenstand erzeugt zusätzliche Erwärmung infolge der mechanischen Bewegung, die so gesteuert werden kann, daß die Temperatur des Gegenstandes auf eine gewünschte Höhe zur wirksamen Aktivierung ansteigt, ohne daß die umgebende, isolierende Flüssigkeit, in der sich der Gegenstand befindet, wesentlich erwärmt wird. Nach beendeter Aktivierung kann die Wechselspannungshomponente des polarisierenden Feldes fortfallen, so claß der Gegenstand schnell durch die ihn umgebende Flüssigkeit abgekühlt wird, während er immer noch der Gleichspannungskomponente ausgesetzt ist. Dies verkürzt in starkem Maße den ganzem Aktivierungsvorgang. Bisher wurde das Erwärmen und Abkühlen des Gegenstandes durch Erwärmen und Kühlen der Flüssigkeit durchgeführt, in die er eingetaucht wurde. Um ein großes Flüssigkeitsvolumen abzukühlen, ist eine beträchtliche Zeit erforderlich.A second embodiment of the invention is application a rectified polarization voltage with an alternating voltage component of preferably the natural or resonance frequency of the ferroelectric object, which is activated. This causes the object to vibrate continuously added with the resultant, previously mentioned first two advantages. The alternating electric field in the object generates additional heating as a result the mechanical movement, which can be controlled so that the temperature of the Item rises to a desired height for effective activation without the surrounding, insulating liquid in which the object is located is essential is heated. After activation is complete, the AC voltage component of the polarizing field, the object quickly passes through it surrounding liquid is cooled while it is still the DC component is exposed. This greatly shortens the entire activation process. Until now was the heating and cooling of the object by heating and cooling the liquid performed in which he was immersed. To cool a large volume of liquid, a considerable amount of time is required.

Weitere Einzelheiten und Erläuterungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen. Es zeigt Fig. 1 eine schematische Anordnung einer Apparateart, die zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung verwendet werden kann, Fig. 2 die Frontansicht und Fig. 2 a die Seitenansicht eines ferroelektrischen Prüfgegenstandes, Fig. 3 ein Diagramm mit den Prüfergebnissen der Prüfgegenstände, die in Fig. 2 und 2 a dargestellt sind, Fig. 4 eine Stirnansicht und Fig.4a eine Seitenansicht einer anderen ferroelektrischen Vorrichtung, die geprüft wurde, Fig. 5 ein Diagramm mit den Ergebnissen der Priifung der in Fig. 4 und 4 a dargestellten Gegenstände, Fig.6 ein Schaltschema einer anderen Apparateart, die zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung verwendet werden kann, Fig. 7 ein Diagramm mit den Ergebnissen der Prüfung der in Fig. 2 und 2 a dargestellten Gegenstände, durch die Verfahrensart, die mit dem Apparat der Fig. 6 durchgeführt wird. In Fig. 1 ist schematisch ein einfacher Apparat dargestellt, der dazu benutzt werden kann, intermittierend ein elektrisches Feld gleicher Richtung an einen ferroelektrischen Gegenstand 10 anzulegen, der an verschiedenen Flächen Elektroden 11 und 12 hat. In üblicher Weise ist der Gegenstand 10 vorzugsweise in isolierendes Öl 16 in einem geeigneten Behälter 15 eingetaucht. Die Elektroden 11 und 12 können mit einem Schalter 13 entweder mit einer hochgespannten Gleichstromquelle 14 oder durch eine dargestellte Erdleitung miteinander verbunden werden. Beim Betrieb wird der Schalter 13 ständig betätigt, um die Elektroden mit der Stromquelle 14 zu verbinden und davon zu trennen, damit die Elektroden sich über einen hohen Widerstand 28 entladen können. Alternativ kann der Schalter auch so betätigt werden, daß die Elektroden 11 und 12 kurzgeschlossen werden, nachdem sie von der Stromquelle 14 getrennt worden sind.Further details and explanations of the invention result from the following description in conjunction with the drawings. It shows Fig. 1 shows a schematic arrangement of a type of apparatus which is used to carry out the method can be used according to the invention, Fig. 2 the front view and Fig. 2a the Side view of a ferroelectric test object, FIG. 3 shows a diagram the test results of the test items, which are shown in Fig. 2 and 2a, FIG. 4 shows an end view and FIG. 4a shows a side view of another ferroelectric Device which was tested, Fig. 5 is a diagram showing the results of the test the objects shown in Fig. 4 and 4a, Fig.6 is a circuit diagram of another Type of apparatus used to carry out the method according to the invention 7 shows a diagram with the results of the test in FIGS. 2 and 2a objects represented, by the type of process that is carried out with the apparatus of Fig. 6 is carried out. In Fig. 1 a simple apparatus is shown schematically, which can be used to intermittently generate an electric field in the same direction to apply to a ferroelectric object 10, which on different surfaces Electrodes 11 and 12 has. In the usual way, the article 10 is preferably in insulating oil 16 immersed in a suitable container 15. The electrodes 11 and 12 can be connected to a switch 13 with either a high voltage direct current source 14 or connected to one another by an earth line shown. During operation If the switch 13 is operated continuously, the electrodes are connected to the power source 14 to connect and disconnect from it so that the electrodes have a high resistance 28 can unload. Alternatively, the switch can also be operated so that the Electrodes 11 and 12 are short-circuited after being removed from the power source 14 have been separated.

Die Spannung der Gleichstromquelle 14 kann entsprechend den Lehren der bekannten Aktivierungsverfahren gewählt werden. Derartige Spannungen werden nachfolgend als Aktivierungsgröße bezeichnet. Ganz allgemein gilt, je höher -die Spannung ist, desto intensiver ist die Aktivierung; jedoch entstehen bei hohen Spannungen Probleme durch ihre Erzeugung, durch die Isolierung und bei den Schaltern, die gewöhnlich die Grenze in jedem Einzelfall bestimmen.The voltage of the direct current source 14 can according to the teachings the known activation method can be selected. Such tensions will be hereinafter referred to as the activation size. In general, the higher the The tension, the more intense the activation; however, arise at high voltages Problems related to their generation, insulation and switches that are common determine the limit in each individual case.

Wie zuvor angedeutet, ist es nicht wesentlich, die Elektroden 11 und 12 zwischen den einzelnen Gleichstromimpulsen kurzzuschließen, da sich die Elektroden durch Nebenschluß über den Widerstand 20 entladen. Tatsächlich ist es nicht notwendig, die Spannung vor jedem Impuls auf Null zu reduzieren, aber der mechanische Schockeffekt ist größer, wenn ein großer Unterschied zwischen der Spannung der Stromquelle und der Spannung an den Elektroden zum Zeitpunkt des Einscheltens besteht. Das Entladen der Elektroden durch Kurzschließen ermöglicht die Anwendung von Impulsen in schnellerer Reihenfolge.As previously indicated, it is not essential that the electrodes 11 and 12 short-circuit between the individual DC pulses, since the electrodes discharged by shunting across resistor 20. In fact it is not necessary reducing the voltage to zero before each pulse, but the mechanical shock effect is greater when there is a large difference between the voltage of the power source and the voltage is present at the electrodes at the time of switching on. The unloading By short-circuiting the electrodes allows the application of pulses in faster Series.

Jedes Anlegen einer Spannung an den Gegenstand 10 stößt ihn zu mechanischen Schwingungen in seiner Eigenfrequenz an.Any application of voltage to object 10 pushes it into mechanical Vibrations in its natural frequency.

Die Schaltung kann von Hand oder in der Praxis am besten selbsttätig durch einen elektrisch angetriebenen Schalter erfolgen.Switching can be done manually or, in practice, preferably automatically done by an electrically powered switch.

Die Kurven in Fig. 3 zeigen die Ergebnisse, die man mit dem neuen Verfahren im Vergleich zu den bekannten Verfahren erhält, wenn man Bariumtitanatringe der in Fig. 2 und 2 a dargestellten Form benutzt, bei der der Gegenstand ein zylindrischer Ring mit einer Länge von 5 mm, einem Innendurchmesser von 23 mm und einem Außendurchmesser von 35 mm ist, mit gegenüberliegenden Elektroden 11 und 12 an den Stirnflächen. Die Gleichspannung betrug etwa 1475 Volt pro mm, und die Temperaturen waren so hoch, wie sie die einzelnen Kurven angeben.The curves in Fig. 3 show the results obtained with the new Process compared to the known processes obtained when using barium titanate rings the shape shown in Fig. 2 and 2a used, in which the object is a cylindrical Ring with a length of 5 mm, an inner diameter of 23 mm and an outer diameter of 35 mm, with opposing electrodes 11 and 12 on the end faces. The DC voltage was about 1475 volts per mm, and the temperatures were so high how they indicate the individual curves.

Kurve A und B der Fig. 3 zeigen die elektromechanischen Kopplungskoeffizienten, die man bei dem bekannten Verfahren (kontinuierliches Anlegen einer Gleichspannung) bei etwa 20 bzw. 85 bis ß0° C erhält. Kurve C zeigt die Ergebnisse bei Anwendung derselben Gleichspannung in Impulsen von 3 Sekunden Dauer in Abständen von 2 Sekunden. Es ist zu ersahen, daß Kurve C schneller als die Kurve B ansteigt und weiter oben als Kurve B flach ausläuft.Curves A and B of Fig. 3 show the electromechanical coupling coefficients, which one with the known method (continuous application of a direct voltage) at about 20 or 85 to ß0 ° C. Curve C shows the results when used the same DC voltage in pulses of 3 seconds duration at 2-second intervals. It can be seen that curve C rises faster than curve B and above as curve B ends flat.

Die Kurven der Fig. 5 zeigen noch sinnfälligere Ergebnisse, die mit dem Verfahren nach der Erfindung erreicht werden, wenn Ein Gegenstand, wie er in Fig. 4 dargestellt ist, benutzt wird, der aus einem Ring mit am Umfang verteilten Elektroden besteht, so daß sich das elektrische Feld am Umfang in der Richtung der größeren Ausdehnung und Kontraktion erstreckt. Die geprüften Ringe hatten einen Innen- bzw. Außendurchmesser von 61 bzw. 65 mm und eine axiale Länge von 15 mm. Achtzehn Elektroden ergaben einen ersten Wechselsatz von neun Elektroden 11a und einen zweiten Wechselsatz von neun Elektroden 12a,, wobei alle Elektroden 11a und alle Elektroden 12a miteinander verbunden waren. Jede Elektrode war 0,4 mm stark und ragte über die Innen-, die Außen-und die Stirnseiten hinaus. Fig. 5 zeigt die Kopplungskoeffizienten, die sich bei der Polarisierung derartiger Ringe mit einem Feld von 985 Volt pro mm für verschiedene Zeitdauer ergeben. Die Kurven D und E zeigen das Ergebnis der Anwendung einer kontinuierlichen Gleichspannung (nach den bekannten Verfahren) bei Temperaturen von 20 bzw. 85 bis 90° C. Kurve F zeigt die Ergebnisse bei 85 bis 90° C bei unterbrochener Anwendung einer Gleichspannung, wobei die Spannung 3 Sekunden ein- und 2 Sekunden ausgeschaltet wurde. Man sieht, daß das Verfahren nach Kurve F einen Kopplungskoeffizienten ergibt, der um 91/21/o höher ist als bei dem bekannten Verfahren der Kurve E.The curves in FIG. 5 show even more obvious results which are achieved with the method according to the invention when an object as shown in FIG. 4 is used, which consists of a ring with electrodes distributed around the circumference, so that the electric field on the circumference extends in the direction of greater expansion and contraction. The rings tested had an inner and outer diameter of 61 and 65 mm and an axial length of 15 mm. Eighteen electrodes showed a first change set of nine electrodes 11a and a second change set of nine electrodes 12a ,, wherein all of the electrodes 11a and all the electrodes 12a were joined together. Each electrode was 0.4 mm thick and protruded beyond the inner, outer and end faces. FIG. 5 shows the coupling coefficients which result from the polarization of such rings with a field of 985 volts per mm for various periods of time. Curves D and E show the result of the application of a continuous direct voltage (according to the known method) at temperatures of 20 and 85 to 90 ° C. Curve F shows the results at 85 to 90 ° C. with interrupted application of a direct voltage, the Voltage was switched on for 3 seconds and switched off for 2 seconds. It can be seen that the method according to curve F results in a coupling coefficient which is 91/21 / o higher than in the known method according to curve E.

11Toch bessere Ergebnisse können erfindungsgemäß erreicht werden, indem die Gleichspannung ständig angelegt und mit einer Wechselspannung geringerer Größe überlagert wird, zur Erzeugung eines kontinuierlich pulsierenden Potentials. Fig.6 zeigt einen Aparat, der zur Ausführung dieses Verfahrens benutzt wurde, wobei die den in Fig. 1 dargestellten Teile entsprechenden Teile die gleichen Bezugszeichen haben.11 Even better results can be achieved according to the invention, by applying the DC voltage constantly and with an AC voltage lower than that Size is superimposed to generate a continuously pulsating potential. Fig. 6 shows an apparatus which was used to carry out this method, wherein the parts corresponding to the parts shown in FIG. 1 have the same reference numerals to have.

Wie in Fig. 1 war die Gleichstromquelle 14 an die Elektroden 11 und 12 angeschlossen. Die Elektroden waren außerdem mit einer Wechselstromque11e20 verbunden, deren Frequenz und Spannung einstellbar war. Ein aus einem Kondensator 21 und Widerständen 22 bestehendes Filter war in die Leitung zwischen der Gleichstromquelle 14 und den Elektroden 11 und 12 eingeschaltet, um Wechselspannungen von der Gleichstromquelle 14 fernzuhalten. Ein Amperemeter 23 und ein Voltmeter 24 wurden außerdem für einen später zu beschreibenden Zweck vorgesehen. Ein Sperrkondensator 25 war in die Leitung zwischen der Elektrode 11 und der Wechselstromquelle 20 eingeschaltet, damit kein Gleichstrom von der Gleichstromquelle 14 in die Wechselstromquelle 20 fließen konnte. Eine veränderliche Induktivität 26 war in Reihe zwischen der Wechselstromquelle 20 und der Elektrode 12 eingeschaltet, um einen induktiven Widerstand in dem Stromkreis, der dem kapazitiven Widerstand des Gegenstandes 10 bei der Betriebsfrequenz gleich war, zu erhalten. Die besten Ergebnisse wurden erzielt, wenn die Betriebsfrequenz auf die Eigenfrequenz der mechanischen Schwingung des Gegenstandes 10 eingestellt war.As in Fig. 1, the DC power supply 14 was applied to the electrodes 11 and 12 connected. The electrodes were also connected to an alternating current source11e20, whose frequency and voltage were adjustable. One of a capacitor 21 and resistors 22 existing filter was in the line between the DC power source 14 and the Electrodes 11 and 12 turned on to AC voltages from the DC power source 14 keep away. An ammeter 23 and a voltmeter 24 were also used for one intended to be described later. A blocking capacitor 25 was in the line switched between the electrode 11 and the AC power source 20 so that no Direct current from the direct current source 14 could flow into the alternating current source 20. A variable inductance 26 was in series between the AC power source 20 and the electrode 12 switched on to create an inductive resistance in the circuit, which is equal to the capacitive resistance of the object 10 at the operating frequency was to get. The best results have been obtained when the operating frequency adjusted to the natural frequency of the mechanical vibration of the object 10 was.

Wie in Fig. 1 wurde der Gegenstand 10 in Öl 16 in einen Behälter 15 gehängt, während jedoch bei dem in Fig. 1 dargestellten Gerät die Temperatur des Gegenstandes 10 während der Aktivierung durch Erwärmen und Abkühlen der Flüssigkeit 16 reguliert wurde, blieb bei der Anordnung nach Fig. 6 die Temperatur der Flüssigkeit 16 dicht an der Raumtemperatur, und der Gegenstand 10 wurde auf eine gewünschte höhere Temperatur durch den Wechselstrom aus der Wechselstromquelle 20 erwärmt. Im praktischen Betrieb wurde die Wechselstromquelle 20 auf eine Frequenz eingestellt, die der Eigenfrequenz der Schwingung des Gegenstandes 10 entsprach, so daß eine maximale mechanische Verwindung des Gegenstandes entstand. Die Amplitude der Wechselspannung wurde dann so eingestellt, daß sich der Gegenstand 10 auf die gewünschte Temperatur erwärmte. Der Widerstand des Gegenstandes 10 schwankt mit seiner Temperatur, und die Temperatur wurde durch Messen des Widerstandes bestimmt. Zu diesem Zweck wurde das Amperemeter 23 und das Voltmeter 24 vorgesehen. Wenn die Spannung der Gleichstromquelle 14 auf dem gewünschten Wert konstant gehalten wird, so ist die Anzeige des Amperemeters 23 der Temperatur des Gegenstandes 10 proportional. Die genaue Anzeige des Amperemeters 23 für eine gewünschte Temperatur des Gegenstandes 10 kann vor Behandlung von gleichen Gegenständen bestimmt werden, indem zunächst die Amperemeterstellung bestimmt wird, die der besonderen Temperatur entspricht, bei der die Gegenstände polarisiert werden sollen.As in FIG. 1, the object 10 was placed in oil 16 in a container 15 hung, but while in the device shown in Fig. 1, the temperature of the Item 10 during activation by heating and cooling the liquid 16 was regulated, remained in the arrangement of FIG. 6, the temperature of the liquid 16 close to room temperature, and the article 10 was set to a desired one higher temperature heated by the alternating current from the alternating current source 20. In practical operation, the alternating current source 20 was set to a frequency which corresponded to the natural frequency of the vibration of the object 10, so that a maximum mechanical torsion of the object was created. The amplitude of the alternating voltage was then adjusted so that the article 10 is at the desired temperature warmed. The resistance of the object 10 varies with its temperature, and the temperature was determined by measuring the resistance. To this end it was the ammeter 23 and the voltmeter 24 are provided. When the voltage of the DC power source 14 is kept constant at the desired value, so is the display of the ammeter 23 proportional to the temperature of the object 10. The exact reading of the ammeter 23 for a desired temperature of the object 10 can be prior to treatment of the same Objects are determined by first determining the ammeter setting, which corresponds to the particular temperature at which the objects are polarized should.

Fig. 7 zeigt die Ergebnisse der Aktivierung von Gegenständen, wie sie in Fig. 2 und 2 a dargestellt sind mit Hilfe eines pulsierenden Potentials. Die Kurve B ist die gleiche wie die Kurve B in Fig. 3 und zeigt die Wirkung der Polarisierung mit einer Gleichspannung von 1475 Volt pro mm allein. Kurve G zeigt die Wirkung des gleichen Gleichstrompotentials, wenn eine Wechselspannung von ungefähr 150 Volt der Gleichspannung überlagert wird. Man sieht, daß Kurve G nicht nur bis zu einem wesentlich höheren Wert ansteigt, sondern auch viel schneller ansteigt. Die Wechselspannungskomponente vermindert nicht nur die erforderliche Zeit, sondern vereinfacht auch das Heizproblem, wenn mit Temperaturen über der Raumtemperatur gearbeitet wird. Mit einer konstanten Gleichspannung muß der ferroelektrische Gegenstand durch Erwärmen des umgebenden Mediums (nämlich des Öls in Fig. 1 und 6) erhitzt werden. -.L%Iit einem überlagerten Wechselstrompotential kann der ferroelektrische Gegenstand über die Temperatur des ihn umgebenden Mediums erwärmt werden. Die Kurve B in Fig. 7 wurde durch Erwärmen des Öles 16 auf 85 bis 90° C gewonnen. Die Kurve G wurde durch inneres Erwärmen des ferroelektrischen Gegenstandes auf die gleiche Temperatur (85 bis 90° C) durch die benutzte Wechselspannungskomponente gewonnen, wobei das (5l im wesentlichen die Zimmertemperatur beibehielt.Fig. 7 shows the results of the activation of objects as shown in Fig. 2 and 2a with the aid of a pulsating potential. Curve B is the same as curve B in Figure 3 and shows the effect of polarization with a DC voltage of 1475 volts per mm alone. Curve G shows the effect of the same DC potential when an AC voltage of approximately 150 volts is superimposed on the DC voltage. It can be seen that curve G not only rises to a much higher value, but also rises much faster. The AC component not only reduces the time required, but also simplifies the heating problem when working with temperatures above room temperature. With a constant DC voltage, the ferroelectric object must be heated by heating the surrounding medium (namely the oil in FIGS. 1 and 6). With a superimposed alternating current potential, the ferroelectric object can be heated above the temperature of the medium surrounding it. The curve B in FIG. 7 was obtained by heating the oil 16 to 85 to 90.degree. The curve G was obtained by internally heating the ferroelectric article to the same temperature (85 to 90 ° C.) by the AC voltage component used, the (51 essentially maintaining the room temperature.

Die innere Erwärmung des Gegenstandes, der aktiviert wird, hat besondere Vorteile, wenn die Behandlung in dem Curieschen Bereich (etwa 120° C für Bariumtitanat) erfolgt, da die Gleichspannung so lange angelegt werden muß, bis der Gegenstand bis unter- -den Curieschen Bereich abgekühlt ist. Bei den früheren Verfahren ergab dies die verhältnismäßig lange Zeit, die zur Abkühlung des umgebenden Mediums erforderlich war. Mit dem Verfahren nach der Erfindung wird der Gegenstand in wenigen Stunden durch das umgebende Medium abgekühlt, nachdem die Wechselspannung abgeschaltet worden ist. Die Wechselspannung wird dann abgeschaltet und der Gegenstand sofort aus der Flüssigkeit herausgenommen. Die Größe der Wechselspannung, die für eine schnelle Aktivierung erforderlich ist, ist sehr gering im Vergleich zu der Gleichspannung und kann sehr gering sein, wenn die Frequenz der Eigenresonanzfrequenz des Gegenstandes angepaßt ist. Der genaue Wert kann in der Praxis durch die Temperatur bestimmt werden, auf die der Gegenstand erwärmt werden soll.The internal warming of the object that is activated has a special one Advantages if the treatment is in the Curies range (around 120 ° C for barium titanate) occurs because the DC voltage must be applied until the object until it has cooled below the Curies area. Revealed in the earlier proceedings this is the relatively long time required to cool the surrounding medium was. With the method according to the invention, the object is in a few hours cooled by the surrounding medium after the AC voltage has been switched off is. The AC voltage is then switched off and the object is immediately switched off Liquid taken out. The size of the alternating voltage required for fast Activation required is very low compared to the DC voltage and can be very low if the frequency is the natural resonance frequency of the object is adapted. In practice, the exact value can be determined by the temperature, to which the object is to be heated.

Extrem hohe Kopplungskoeffizienten können dadurch erreicht werden, daß ferroelektrische Materialien mit dem neuen Verfahren bei der Curieschen Temperatur aktiviert werden. Ähnliche Bariumtitanatringe, wie sie in Fig. 4 und 4 a dargestellt sind, wurden durch bekannte Verfahren unter Anwendung von unterbrochener bzw. pulsierender Gleichspannung aktiviert. Während eine kontinuierliche Gleichspannung einen Kopplungskoeffizienten von 39,4°/o ergab, erhielt man durch das unterbrochene Gleichstrompotential einen Koeffizienten von 47,80/0, und die pulsierende Gleichspannung ergab 49,4°/o. Bei den ersten beiden Versuchen wurde die Gleichspannung für ungefähr 1 Stunde angelegt, während das Bad die gekühlten Proben enthielt. Bei dem dritten Versuch wurde das Bad nicht erwärmt, aber die Proben elektrisch erhitzt, wobei der ganze Vorgang in nur etwa 7 Minuten durchgeführt wurde.Extremely high coupling coefficients can be achieved by that ferroelectric materials with the new process at the Curies temperature to be activated. Similar barium titanate rings, as shown in Fig. 4 and 4 a are shown by known methods using interrupted or pulsating DC voltage activated. During a continuous DC voltage gave a coupling coefficient of 39.4% was obtained by the interrupted DC potential has a coefficient of 47.80 / 0, and the pulsating DC voltage yielded 49.4 ° / o. For the first two attempts, the DC voltage was for approximately 1 hour while the bath contained the chilled samples. The third During the experiment, the bath was not heated, but the samples were electrically heated, whereby the whole process was done in only about 7 minutes.

Obgleich zur Erläuterung der Erfindung eine besondere Ausführungsform dargestellt und beschrieben wurde, ergeben sich für den Fachmann offensichtlich Abänderungsmöglichkeiten. Die Erfindung soll daher nicht auf die dargestellten und beschriebenen Einzelheiten beschränkt sein.Although a special embodiment to explain the invention shown and described will be apparent to those skilled in the art Modification options. The invention is therefore not intended to apply to the illustrated and details described be limited.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. A method for activating ferroelectric objects, characterized in that changing internal mechanical deformations are caused in the object and at the same time an electric field of constant direction of activating magnitude is maintained therein.

2. Procedure according to Claim 1, characterized in that these deformations are caused thereby become that the size of the electric field is repeatedly changed.

3. Procedure according to claim 2, characterized in that the electric field is essentially is changed from zero to the activation size.

4. The method according to claim 3, characterized in that the change in the electric field by repeated Applying and switching off a potential in the same direction between surfaces of the body, which have a distance from each other takes place.

5. The method according to claim 4, characterized characterized in that the potential is so great that the object becomes mechanical To stimulate oscillation in the natural frequency.

6. The method according to claim 5, characterized characterized in that the duration of each application of the potential is the duration of the mechanical Vibration of the object induced by the application of the potential, exceeds.

7. The method according to claim 2, characterized in that the electrical Field is changed periodically at such a frequency that a continuous one The object vibrates. B.

Method according to claim 7, characterized in that that the size of the periodic fluctuation of the field is small in relation to the average Size of the field is.

9. The method according to claim 8, characterized in that the magnitude of the fluctuations to heat the object to a much higher level Temperature than the temperature of its surroundings is sufficient.

10. The method according to claim 9, characterized in that the size of the fluctuations is controlled to the To keep object at a desired temperature above ambient temperature.

11. The method according to claim 9, characterized in that the fluctuations ended but the rectified field is maintained while the object cools down through heat transfer to the surrounding medium.