DE1466189B1 - Verfahren zur piezoelektrischen Aktivierung eines ferroelektrischen Stoffes - Google Patents

Verfahren zur piezoelektrischen Aktivierung eines ferroelektrischen Stoffes

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DE1466189B1
DE1466189B1 DE1965N0027155 DEN0027155A DE1466189B1 DE 1466189 B1 DE1466189 B1 DE 1466189B1 DE 1965N0027155 DE1965N0027155 DE 1965N0027155 DE N0027155 A DEN0027155 A DE N0027155A DE 1466189 B1 DE1466189 B1 DE 1466189B1
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Masao Takahshi
Norio Tsubouchi
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Description

Ferroelektrische Stoffe besitzen im allgemeinen nicht nur ferroelektrische, sondern auch piezoelektrische Eigenschaften. Die ferroelektrischen Stoffe, die auf dem Verschiebungsmechanismus beruhen, wie Bariumtitanat (BaTiO3) und Bleititanat-Zirkonat (Pb(ZrTi)O3), zeigen keine Piezoelektrizität, auch wenn zwei Elektroden auf gegenüberliegenden Oberflächen einer Probe kontaktiert sind, und zwar gleichgültig, ob die Stoffe durch Sinterung unter einer Reaktion in fester Phase oder ob Einkristallkörper durch Aufschmelzen unter einer Reaktion in flüssiger Phase hergestellt sind. Dies ist darauf zurückzuführen, daß ein solcher Stoff im Innern in sogenannte ferroelektrische Bezirke geteilt ist.
Im einzelnen ist die Piezoelektrizität eines jeden Bezirkes von der Achsrichtung der spontanen Polarisation abhängig, und die spontane Polarisation sämtlicher Bezirke ist innerhalb eines ferroelektrischen Stoffes mit Verschiebungsmechanismus statistisch auf die Raumrichtungen verteilt, auch wenn zwei Elektroden einfach ohne Anwendung eines hohen elektrischen Gleichfeldes kontaktiert sind. Wenn sich dann ein Bezirk in Abhängigkeit von der Intensität eines äußeren elektrischen Feldes ausdehnt, zieht sich ein anderer Bezirk mit entgegengesetzter spontaner Polarisationsrichtung zusammen, so daß insgesamt kein piezoelektrischer Effekt auftritt. Damit sich eine Piezoelektrizität zeigen kann, muß die spontane Polarisation dieser Bezirke in einer Richtung ausgerichtet werden. Wenn die spontane Polarisation aller Bezirke in einer Richtung ausgerichtet wird, ist der größte piezoelektrische Effekt zu erwarten.
Das gebräuchlichste Ausrichtungsverfahren besteht im Anlegen eines ziemlich hohen elektrischen Gleichfeldes an den ferroelektrischen Stoff während einer beträchtlichen Zeitdauer, um die spontane Polarisationsrichtung jedes Bezirkes in diejenige Vorzugsrichtung des Bezirks auszurichten, die der Richtung des anliegenden elektrischen Gleichfeldes am nächsten kommt. Dieses Verfahren ist als »Polung« bekannt.
Nicht alle piezoelektrischen Stoffe besitzen indessen eine kubische Kristallstruktur. Darum wird bei der genannten Ausrichtung eine Spannung innerhalb des Stoffes erzeugt. Bei der Polung muß deshalb die spontane Polarisation jedes Bezirks entgegen dieser Spannung näherungsweise in die elektrische Feldrichtung ausgerichtet werden, so daß eine lange Zeitdauer für die Ausrichtung erforderlich ist. Deshalb müssen zwei Forderungen erfüllt werden, um dem ferroelektrischen Stoff eine möglichst große Piezoelektrizität zu verleihen: Die Polung muß unter Anlegen eines genügend hohen elektrischen Gleichfeldes und für eine genügend lange Zeitdauer erfolgen.
Andererseits ist zu bedenken, daß alle ferroelektrischen Stoffe eine elektrische Durchbruchsspannung besitzen, weshalb die Polung normalerweise während einer sehr langen Zeitdauer bei einer angelegten Spannung unterhalb dieser Durchbruchsspannung erfolgen muß. Mit andern Worten besitzt das herkömmliche Polungsverfahren den schwerwiegenden Nachteil, daß das Verfahren zur Vergrößerung des piezoelektrischen Effekts in genügendem Maße zu lange Zeit erfordert und daß der Aufwand für die genaue Einhaltung der angelegten Spannung nahe der Durchbruchsspannung zu groß ist.
Um diesen Nachteilen abzuhelfen, schritt man zu einer Polung bei hohen Temperaturen. Man nahm an, daß die Temperaturerhöhung einerseits zu einer kräftigen thermischen Erregung und damit einer leichteren Ausrichtung der spontanen Polarisation jedes Bezirks führen würde und daß andererseits die Ausrichtung dadurch begünstigt würde, daß sich die Kristallstruktur im Maße der Temperaturerhöhung der kubischen Struktur annähert.
Die Erfinder des vorliegenden Verfahrens haben zahlreiche Versuchsreihen zum Vergleich derjenigen Piezoelektrizität durchgeführt, die durch Polung bei hoher Temperatur und bei Zimmertemperatur erzielbar ist. In diesen Versuchsreihen wurde der elektromechanische Kopplungsfaktor (/cr) für den radialen Schwingungsmodus als Maß zur Abschätzung der Piezoelektrizität angesehen, wie es im allgemeinen üblich ist. Je größer der Wert der Piezoelektrizität ist, desto größer wird der Wert von kr.
Tabelle 1 zeigt die in dieser Art erhaltenen experimentellen Ergebnisse.
Tabelle 1
Zusammensetzung Behandlungs
temperatur		 Av-Wert
%
Pb(Zr0-52Ti0-48)O3 Zimmer 41
+ 0,1 Gewichtsprozent temperatur
Cr2O3
desgl. 100° C 52
Pb(Zr0-52Ti0-48)O3 Zimmer 13
+ 0,5 Gewichtsprozent temperatur
Ga2O3
desgl. 1000C 45
Pb(Zr0-52Ti0-48)O3 Zimmer 33
+ 0,5 Gewichtsprozent temperatur
Fe2O3
desgl. 130° C 45
Die Werte der Tabelle 1 zeigen, daß mit ansteigender Polungstemperatur der /cr-Wert größer wird und damit die piezoelektrischen Eigenschaften verbessert werden.
Da piezoelektrische Stoffe Halbleitereigenschaften besitzen, ist die Polung bei hohen Temperaturen von einigen Nachteilen begleitet, beispielsweise:
a) einer Verminderung des elektrischen Widerstandes, so daß beim Anlegen einer Spannung ein Strom in dem Stoff fließen kann, der den Polungsvorgang vereitelt;
b) einer genauen Einhaltung der Temperatur, da sich die piezoelektrischen Eigenschaften in Abhängigkeit von der Behandlungstemperatur ändern.
Es wird allgemein angenommen, daß der Ausrichtungsgrad der spontanen Polarisation jedes Bezirks in Richtung des elektrischen Feldes während der Polung bei Raumtemperatur oder bei höheren Temperaturen unter dem Einfluß eines anliegenden elektrischen Gleichfeldes von drei Größen abhängt: der Intensität des elektrischen Polungsfeldes, der Behandlungsdauer und der Behandlungstemperatur.
Daneben stellt die Stabilität der Bezirksstruktur vor der Polung eine weitere wichtige Größe dar, die selten übersehen werden kann. Die Stabilität der Bezirksverteilung eines ferroelektrischen Stoffes wird stark durch die Behandlung nach der Strukturausbildung beeinflußt.
ORIGINAL INSPPCTEO
Diese Problemstellung wird im einzelnen in der Arbeit »Polarization Changes during the Process of Aging in Ferroelectrics of the BaTiO3 Type« von Z. P a j a k und J. Stankowski in Proceedings of the Physical Society, 1. Dezember 1958, Bd. 72, Heft 6, Nr. 468, S. 1144 bis 1146, behandelt.
Dort wird aufgezeigt, daß die unmittelbar nach der thermischen Entpolarisierung erhaltenen Hysteresisschleifen viel größer und rechteckförmiger als diejenigen sind, die man nach Stehenlassen in Luft für einige Stunden im Anschluß an die thermische Entpolarisierung erhält. Dies weist darauf hin, daß sich die Bezirksstruktur beim Stehenlassen in Luft entsprechend der Verweilzeit stabilisiert und daß damit die Wiederausrichtung der Bezirke durch Anlegen eines elektrischen Feldes mit zunehmender Verweilzeit schwierig wird.
Die Erfinder des vorliegenden Verfahrens untersuchten, wie sich die scheinbare spontane Polarisation
(Ps.app), die scheinbare remanente Polarisation
(Pr.app.) und die scheinbare Koerzitivkraft (Ec.app.)
in Abhängigkeit von der Zeit nach der themischen
Entpolarisierung ändern, indem Hysteresiskurven bei
ίο Zimmertemperatur aufgenommen wurden.
Tabelle 2 zeigt Meßergebnisse der genannten Kenngrößen, die nach Anlegen einer maximalen Wechselfeldstärke von 5 kV/mm für die Dauer einer Minute auftreten.
Tabelle 2
Zusammensetzung
Pb(Tr0.52Ti0.48)O3
+ 0,1 Gewichtsprozent Cr2O3.
desgl
desgl
Pb(Zr0.52Ti0.48)O3
+ 0,5 Gewichtsprozent Ga2O3
desgl
Pb(Zr0.52Ti0.48)O3
+ 0,5 Gewichtsprozent Fe2O3.
desgl
desgl
Pb(Zr0,51Ti0.4?)O3
+ 0.5 Gewichtsprozent Fe2O3.
desgl
Wartezeit nach der
thermischen
Entpolarisierung
unmittelbar nach der
Entpolarisierung
1 Tag 14 Tage
3 Stunden 10 Tage
unmittelbar nach der Entpolarisierung
1 Tag 7 Tage
unmittelbar nach der Entpolarisierung
1 Tag 25
14 12
13
6
27
18 16
24 17
Pr.app.
2
8
6
11 3
14 12
22 11
Ec.app. [kV/mm]
1,5
1,5 0,9
1,5 0,6
1,5
1,2
2,0 1,5
Bemerkungen
Propeller Propeller
»Propeller« unter »Bemerkungen« gibt an, daß auf dem Kathodenstrahlschirm eine propeller artige Hysteresisschleife erscheint.
Tabelle 2 läßt deutlich die Tendenz erkennen, daß die Werte von Ps.app. und Pr.app. am größten werden, wenn sie unmittelbar im Anschluß an die thermische Entpolarisierung gemessen werden und daß dieselben jeweils mit Verlängerung der Zeitdauer allmählich abnehmen. Die Versuchsergebnisse zeigen, daß der Vorgang der Bezirkswiederausrichtung mit zunehmender Verweilzeit im Anschluß an die thermische Entpolarisierung immer schwieriger wird.
Ein über den Curiepunkt erhitztes Ferroelektrikum verliert seine frühere Bezirkseinteilung, eine neue Bezirksstruktur bildet sich jedoch nach Abkühlung unter den Curiepunkt aus. Aus den obigen Darlegungen und den Versuchsergebnissen nach Tabelle 2 wird deutlich, daß sich die neue Bezirksstruktur im Laufe der Zeit stabilisiert.
Diese Zunahme der Stabilität der Bezirksstruktur macht eine Wiederausrichtung durch Polung schwierig, und der Polungseinfluß wird herabgesetzt. Dies ist aus den in F i g. 1 gezeigten Versuchsergebnissen deutlich erkennbar.
Fig. 1 zeigt Versuchsergebnisse mit einem keramischen Bleititanat - Zirkonat -Ausgangsstoff aus 52 Molprozent Bleizirkonat, 48 Molprozent Bleititanat und 0,5 Gewichtsprozent Fe2O3 als Zusatzmittel und der folgenden Summenformel
Pb(Zr0-52Ti048)O3 + 0,5 Gewichtsprozent Fe2O3
55
Die Kurve in F i g. 1 gibt an, wie sich die durch den elektromechanischen Kopplungsfaktor kr für den radialen Schwingungsmodus ausgedrückten piezoelektrischen Kenngrößen in Abhängigkeit von der Verweilzeit zwischen der thermischen Entpolarisierung und der Polung ändern. Eine Betrachtung dieser Kurve macht deutlich, daß die piezoelektrische Kenngröße mit zunehmender Verweilzeit herabgesetzt wird. Im einzelnen macht F i g. 1 deutlich, daß die Stabilität der Bezirksstruktur eine wesentliche Rolle für den Ablauf des Polungseffekts spielt und daß unter Vernachlässigung dieses Zusammenhangs keine Piezoelektrika gleichbleibender Güte hergestellt werden
können, unabhängig davon, wie genau man die elektrische Feldstärke, Verfahrensdauer und Verfahrenstemperatur für die Polung steuert.
Diese Kurve legt gleichzeitig nahe, daß eine Polung unmittelbar nach Ausbildung der Bezirksstruktur sehr vorteilhaft wäre, da sie mit geringer elektrischer Feldintensität, kurzer Behandlungsdauer und bei vergleichsweise niedriger Temperatur erfolgen kann.
Ein bekanntes Verfahren der Wiederausrichtung der Bezirksstruktur eines Ferroelektrikums besteht in einer Erhitzung über den Curiepunkt, um die alte Struktur auszulöschen, and in einer Absenkung der Temperatur zwecks Ausbildung einer neuen Bezirksstruktur. Dieses Verfahren ist als thermische Entpolarisierung bekannt
Inwieweit die Durchführung des Polungsverfahrens unmittelbar nach der thermischen Entpolarisierung gegenüber den bekannten Pohmgsverfahren für Ferroelektrika, die nach völliger Stabilisierung der Bezirksstruktur ausgeführt werden, von Vorteil ist, wird aus F i g. 1 deutlich.
Die Durchführung der thermischen Entpolarisierung vor dem Polungsverfahren ist jedoch im Rahmen einer industriellen Serienproduktion aus folgenden Gründen nicht leicht durchzuführen:
a) Man muß eine Einrichtung zur thermischen Entpolarisierung aller ferroelektrischen Stoffe einer Charge mit einem großen Fassungsvermögen aufbauen.
b) Alle ferroelektrischen Stoffe müssen auf einmal und möglichst schnell nach der thermischen Entpolarisierung in die Polungseinrichtung eingesetzt werden.
c) Die Polung muß mit Sorgfalt erfolgen, damit das Einsetzen nicht zu überstürzt erfolgt, was zu einer Änderung der Behandlungstemperatur führen kann oder zu einer ungleichförmigen Verteilung der Innentemperatur. Ferner dürfen die Abmessungen der Stoffe nicht sehr verschieden sein, damit man eine gleichförmige Abkühlgeschwindigkeit erhält.
Zusammenfassend muß man für ein industrielles Polungsverfahren zur Erzielung kleiner Schwankungen der piezoelektrischen Eigenschaften, der Wiederholbarkeit und hervorragender piezoelektrischer Eigenschaften zu viele Schwierigkeiten erwarten.
Um die Vorteile, die sich, wie F i g. 1 auf Grund von Versuchsergebnissen zeigt, aus einer Polarisierung vor der Stabilisierung der Bezirksstruktur ergeben, auch in der industriellen Praxis zum Tragen zu bringen, liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein neues Verfahren unter Einschluß eines leicht und schnell anwendbaren Entpolarisierungsverfahrens zu schaffen.
Das Verfahren zur piezoelektrischen Aktivierung eines ferroelektrischen Stoffes durch Anlegen eines elektrischen Gleichfeldes mit einer Intensität oberhalb der elektrischen Koerzitivkraft und unterhalb der Durchbruchsspannung des Stoffes sowie durch Behandlung mit einem die Bezirksstruktur des Stoffes destabilisierenden Wechseneid ist nach der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß das Wechselfeld ein elektrisches Feld ist, daß die Intensität des elektrischen Wechselfeldes ebenfalls oberhalb der elektrischen Koerzitivkraft und unterhalb der Durchbruchsspannung des Stoffes liegt, daß es jedoch der Gleichfeldbehandlung vorausgehend angelegt wird.
In der USA.-Patentschrift 3 108211 ist ein Verfahren beschrieben, bei dem während der Polarisierung durch ein elektrisches Gleichfeld eine mechanische Erregung des zu polarisierenden Stoffes erfolgt, um dessen Bezirksstruktur in einen freien Zustand zu bringen. Zu diesem Zwecke erfolgt die Polarisierung entweder durch ein elektrisches Wechselfeld, dessen aufeinanderfolgende Halbwellen Amplituden von z.B. 50000 und 500 V besitzen, oder es werden während der Polarisierung durch ein elektrisches Gleichfeld mittels eines Wandlers Ultraschallschwingungen zur Einwirkung gebracht.
Dieses Verfahren bringt gewisse Verbesserungen gegenüber der bloßen Anlegung eines Gleichfeldes. Es liegt aber, da die Erregung der Bezirksstruktur in einen freien Zustand nicht vor, sondern während dem Anliegen des hohen elektrischen Gleichfeldes erfolgt, nicht auf der Linie von Bemühungen, zunächst eine durchgreifende Destabilisierung der Bezirksstruktur vorzunehmen und erst unmittelbar anschließend — also bevor sich wieder Stabilisierungserscheinungen zeigen können — die gewünschte Gleichfeldpolarisierung durchzuführen.
Nach der Erfindung können zahlreiche der genannten Schwierigkeiten in Verbindung mit der thermischen Entpolarisierung völlig vermieden werden, und gleichzeitig erhält man den Vorteil einer Polung unmittelbar nach völliger Entpolarisierung. Die Polung kann bei niedrigen Temperaturen, bei Zimmertemperatur oder sogar bei Tieftemperaturen erfolgen.
Die verbesserten piezoelektrischen Eigenschaften nach dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich auf folgende Weise erklären: Die Vorbehandlung in einem elektrischen Wechselfeld hoher Intensität bewirkt jeweils eine schnelle Umkehr der elektrischen Feldrichtung sowie zeitliche Intensitätsänderungen und damit Änderungen der spontanen Polarisationsrichtung vieler Bezirke des Stoffes. Dadurch wird die Ausrichtung der Bezirksstruktur, die sich innerhalb der Verweilzeit allmählich stabilisiert hat, wieder angeregt, und es bildet sich eine neue Strukturorientierung aus. Gleichzeitig mit der Änderung der spontanen Polarisationsrichtung jedes Bezirks durch Anlegen eines elektrischen Wechselfeldes hoher Intensität bilden sich Spannungen innerhalb des Stoffes aus, die auch nach Abschalten des elektrischen Wechselfeldes noch eine gewisse Zeit andauern und die Struktur in einem instabilen Zustand halten. Da die Vorbehandlung zur Erzeugung eines ferroelektrisch und mechanisch instabilen Zustands dient, erleichtert ein nachfolgendes Anlegen eines elektrischen Gleichfeldes hoher Intensität die Wiederausrichtung der spontanen Polarisierung jedes Bezirks in Richtung dieses elektrischen Feldes, und so ist der Polungsprozeß zu betrachten.
Um die Richtigkeit dieser Betrachtungsweise zu zeigen, haben die Erfinder die Art und Weise untersucht, in der sich die scheinbare spontane Polarisation (Ps.app.), die scheinbare remanente Polarisation (Pr.app.) und die scheinbare Koerzitivkraft (Ecapp.) in Abhängigkeit von der Zeit nach Einwirkung des elektrischen Wechselfeldes ändern, indem Proben untersucht wurden, die nach der thermischen Entpolarisierung für mehrere Stunden in Luft standen. Tabelle 3 gibt die Versuchsergebnisse mit Bleititanat-Zirkonat-Keramikstoff der Zusammensetzung
Pb(Zr0-52Ti0-48)O3 + 0,5 Gewichtsprozent Fe2O3
unter Anwendung einer maximalen Feldstärke von 5 kV/mm an.
Tabelle 3
Einwirkungszeit Ps.app.
!Wem2]		 Pr.app.
[μς/cm2]		 Ec. app.
[kV/mm]
Verweilzeit nach dauer eines elek
der thermischen
Entpolarisierung		 trischen Wechsel
feldes
Minuten
Sofort nach 27 26 1,9
Entpolari 28 27 1,9
sierung 1 28 27 1,9
desgl 5 18 14 1,5
desgl. ... 10 27 24 1,8
1 Tag 1 29 26 1,9
desgl. ... 5 16 12 1,2
desgl. ... 10 24 20 1,5
1 Woche .... 1 28 26 1,5
desgl. ... 5
desgl. ... 10
Die Versuchsergebnisse nach Tabelle 3 lassen erkennen, daß die Werte von Ps.app. und Pr.app. mit Ansteigen der Verweilzeit nach der thermischen Entpolarisierung abfallen und mit zunehmender Einwirkungsdauer des elektrischen Wechselfeldes hoher Intensität ansteigen und bei einer Einwirkungszeitdauer von 10 Minuten jeweils etwa diejenigen Werte erreichen, die unmittelbar nach der thermischen Entpolarisierung erhalten werden.
Die Fig. 2a, 2b und 2c geben den Verlauf der Hysteresiskurve in Abhängigkeit von der Einwirkungsdauer des elektrischen Wechselfeldes für einen Bleititanat-Zirkonat-Keramikstoff der Zusammensetzung
+ 0,1 Gewichtsprozent Cr2O3
an, der nach der thermischen Entpolarisierung einen Tag in Luft stehengelassen wurde.
Fig. 2a zeigt die Kurvenform bei einer Einwirkungsdauer des elektrischen Wechselfeldes von einer Minute, Fig. 2b bei einer Einwirkungsdauer von 5 Minuten und Fig. 2c bei einer Einwirkungsdauer von 10 Minuten. Die Kurvenform bleibt im wesentlichen unverändert.
Diese Versuchsergebnisse lassen die ausgesprochene Wiederausrichtung der Bezirksstruktur durch Anlegen eines elektrischen Wechselfeldes hoher Intensität erkennen. Der Keramikstoff mit der angegebenen Summenformel hatte einen solchen elektrischen Widerstand, daß er bei 1000C einem elektrischen Feld hoher Intensität standhalten konnte. F i g. 2d zeigt die Form der Hysteresiskurve bei 1000C. Die Versuche haben gezeigt, daß Änderungen der Kurvenform nach Fig. 2d für 1000C in geringerem Maße von der Verweilzeit abhingen als Änderungen der Kurvenform bei Zimmertemperatur, und von Anfang an merklich hohe Ps.app.- und Pr.app.-Werte geliefert.
Das Versuchsergebnis nach Fig. 2d ist zugestandenermaßen in seiner Aussagekraft dem aus Tabelle 1 ersichtlichen Ergebnis gleichwertig, woraus ersichtlich ist, daß eine Polung bei hohen Temperaturen bessere piezoelektrische Werte als eine Polung bei Zimmertemperatur liefert. Ein Vergleich der F i g. 2 c und 2d zeigt ferner, daß beide Kurven ziemlich ähnlich sind
und die Ps.app.- und Pr.app.-Werte näherungsweise gleiche Größe haben.
F i g. 3 zeigt ähnliche Versuchsergebnisse wie F i g. 2 für einen Bleititanat-Zirkonat-Keramikstoff der Zusammensetzung
Pb(Zr0152Ti0-48)O3 + 0,5 Gewichtsprozent Cr2O3
Die Hysteresiskurven in F i g. 3 lassen erkennen, daß die Ps.app.- und Pr.app.-Werte bei Zimmertemperatur mit zunehmender Einwirkungsdauer des elektrischen Wechselfeldes auf den Keramikstpff ansteigen und daß die mit einer Einwirkungsdauer von 10 Minuten bei Zimmertemperatur gemessene Hysteresiskurve in der Form der mit derselben Einwirkungsdauer bei höherer Temperatur gemessenen Kurve ähnlich ist.
Jedes dieser Versuchsergebnisse trägt zur Stützung der der vorliegenden Erfindung zugrunde liegenden Theorie bei. Die Erfinder versuchten, die Wirksamkeit des erfindungsgemäßen Polungsverfahrens durch Kühlung von Proben auf —78 0C unter Beweis zu stellen. Das Polungsverfahren war auch bei solchen tiefen Temperaturen wirkungsvoll. Demnach kann das erfindungsgemäße Polungsverfahren bei Stoffen Anwendung finden, deren elektrische Widerstandswerte bei Zimmertemperatur zu gering sind, da die elektrischen Widerstände dieser Stoffe durch Kühlung auf eine tiefe, für die Polung geeignete Temperatur genügend gesteigert werden können. Somit ist das erfindungsgemäße Polungsverfahren bei einer jeden Temperatur wirkungsvoll, wenn nicht der elektrische Widerstand zum Anlegen eines elektrischen Feldes hoher Intensität zu klein wird.
Nunmehr sollen an Hand eines Beispiels Ergebnisse des Verfahrens nach der Erfindung beschrieben werden. Tabelle 4 gibt die piezoelektrischen Größen an Hand des elektromechanischen Kopplungsfaktors des radialen Schwingungsmodus (kr) eines Bleititanat-Zirkonat-Keramikstoffes an, der aus 52 Molprozent Bleizirkonat, 48 Molprozent Bleititanat und 0,5 Gewichtsprozent Fe2O3 als Zusatzstoff besteht und durch die Formel
Pb(Zr052Ti0-48)O3 + 0,5 Gewichtsprozent Fe2O3
ausgedrückt werden kann. Die verschiedenen Proben wurden durch Änderung der Verweilzeit nach der thermischen Entpolarisierung, Änderung der Einwirkungsdauer eines elektrischen Wechselfeldes und Änderung der Einwirkungsdauer eines elektrischen Gleichfeldes erhalten. Es ergibt sich aus dieser Tabelle, daß man einen großen /cr-Wert bei Polung unmittelbar im Anschluß an die thermische Entpolarisierung erhält. Der Wert von kr sinkt mit zunehmender Verweilzeit nach der thermischen Entpolarisierung ab. Der fc,-Wert wird durch ein elektrisches Wechselfeld von 2,5 kV/mm bei einer Einwirkungsdauer von 10 Minuten oder mehr merklich verbessert. Der /cr-Wert kann auch durch Anwendung eines elektrischen Wechselfeldes bei einer auf —78° C abgesenkten Temperatur verbessert werden. Außerdem ist in der Tabelle zum Vergleich das Ergebnis der Polung durch Erhitzen auf 1000C angegeben, doch das Ergebnis der Polung mittels eines elektrischen Feldes hoher Intensität ist zugestandenermaßen gleichwertig mit den obigen Ergebnissen.
009 526/174
Tabelle 4
Verweilzeit nach der thermischen Einwirkungsbedingungen des Einwirkungsbedingungen des Elektromechanischer
Entpolarisierung elektrischen Wechselfeldes elektrischen Gleichfeldes Kopplungsfaktor <tr
/o
Unmittelbar nach ohne Elektrisches Feld mit 43
Entpolarisierung einer Feldstärke von
5,0 kV/mm während
einer Stunde bei
Zimmertemperatur
Nach 1 Woche ohne desgl. 33
desgl. Elektrisches Feld desgl. 34
von 2,0 kV/mm
bei Zimmertemperatur
desgl. Elektrisches Feld desgl. 35
von 2 kV/mm
während 10 Minuten
bei Zimmertemperatur
desgl. Elektrisches Feld desgl. 35
von 2,5 kV/mm
während 5 Minuten
bei Zimmertemperatur
desgl. Elektrisches Feld desgl. 47
von 2,5 kV/mm
während 10 Minuten
bei Zimmertemperatur
desgl. Elektrisches Feld desgl. 47
von 3 kV/mm
während 5 Minuten
bei Zimmertemperatur
desgl. Elektrisches Feld desgl. 38
von 2,5 kV/mm
während 10 Minuten
bei -780C
desgl. ohne Elektrisches Feld 46
von 5 kV/mm während
einer Stunde bei 1000C

Claims (4)

Patentansprüche:
1. Verfahren zur piezoelektrischen Aktivierung eines ferroelektrischen Stoffes durch Anlegen eines elektrischen Gleichfeldes mit einer Intensität oberhalb der elektrischen Koerzitivkraft und unterhalb der Durchbruchsspannung des Stoffes sowie durch Behandlung mit einem die Bezirksstruktur des Stoffes destabilisierenden Wechselfeld, dadurch gekennzeichnet, daß das Wechselfeld ein elektrisches Feld ist, daß die Intensität des elektrischen Wechselfeldes ebenfalls oberhalb der elektrischen Koerzitivkraft und unterhalb der Durchbruchsspannung des Stoffes liegt, daß es jedoch der Gleichfeldbehandlung vorausgehend angelegt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Einwirkungsdauer von mindestens 10 Minuten für das elektrische Wechselfeld.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Wechselfeld- und Gleichfeldbehandlung bei Zimmertemperatur.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Wechselfeld- und Gleichfeldbehandlung bei Tieftemperaturen.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
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