DE2235055C3 - Verfahren zur permanenten Polarisation von piezoelektrischem Material - Google Patents
Verfahren zur permanenten Polarisation von piezoelektrischem MaterialInfo
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Description
45
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur permanenten Polarisation von piezoelektrischem Material,
wobei das Material in einem elektrischen Feld polarisiert wird.
Piezoelektrisches Material, das beispielsweise zur Herstellung von elektroakustischen Wandlern oder
Frequenzfiltern verwendet wird, wird im allgemeinen so stark wie möglich permanent ausgerichtet polarisiert.
Dabei wird das piezoelektrische Material beispielsweise in einem Silikonölbad auf etwa 2000C erhitzt
und dann unter Anlegen einer hohen Gleichspannung langsam auf Zimmertemperatur abgekühlt. Das
auf das Material einwirkende elektrische Gleichfeld beträgt beispielsweise 2 bis 3 kV/mm. Eine derartige Polarisation
ist z.B. auch in der DT-AS 14 66189 beschrieben.
Aus der vorgenannten deutschen Auslegeschrifl ist es weiter bekannt, vor der Durchführung der Polarisation
durch Anlegen eines hinreichend starken elektrischen Gleichfeldes zunächst erst eine Entpolarisierung
des Materials mittels eines elektrischen Wechselfeldes vorzusehen.
Die Durchführung der Polarisierung bei einer Temperatur vorzunehmen, die höher als die Zimmertemperatur
ist, ist in der deutschen Offenlegungsschrift 16 46 775 beschrieben.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur permanent ausgerichteten Polarisation von piezoelektrischem
Material anzugeben, mit dem ein vorgegebener Wert der Polarisation und somit ein vorgegebener
Wert des Wellenwiderstandes mit großer Genauigkeit einstellbar ist.
Diese Aufgabe wird durch ein wie eingangs angegebenes Verfahren gelöst, das erfindungsgemäß dadurch
gekennzeichnet ist, daß das Materia! in einem elektrischen Gleichfeld zunächst bis zu einem Wert polarisiert
wird, der oberhalb des vorgegebenen Polarisationswertes liegt und daß anschließend durch Anlegen eines der
Polarisation entgegengerichteten Gleichfeldes durch Depolarisation der vorgegebene Wert der Polarisation
erreicht wird.
Vorzugsweise wird das piezoelektrische Material bei Temperaturen, die höher als die Zimmertemperatur
sind, polarisiert, wie dies an sich bekannt ist. Insbesondere wird die erfindungsgemäß vorzusehende Depolarisation
des zuvor polarisierten piezoelektrischen Materials bei Raumtemperatur vorgenommen, wodurch
die Kontrollmessungen erleichtert werden. Solche Messungen sind wegen der starken Temperaturabhängigkeit
des piezoelektrischen Materials bei höheren Temperaturen nur bei Raumtemperatur möglich.
Um den genauen Wert der angestrebten Polarisation zu erreichen, ist es von besonderem Vorteil, die Depolarisation
in mehreren Schritten vorzunehmen und zwischen den einzelnen Schritten einen für die Polarisation
charakteristischen Wert zu messen.
Zweckmäßigerweise wird eine lange Depolarisationszeit
gewählt, um eine möglichst genaue Einstellung der gewünschten Polarisation in einfacher Weise
vornehmen zu können.
Für die Massenfabrikation empfiehlt es sich, die schrittwfise Depolarisation automatisch zu steuern und
den Depolarisationsvorgang automatisch zu beenden, wenn ein vorgegebener Wert der Depolarisation erreicht
ist. Als Wert für die erreichte Polarisation empfiehlt es sich, den Wellenwiderstandswert zu messen
und die Maßnahme der Depolarisation bei Erreichen eines vorgegebenen Wellenwiderstandswertes zu beenden.
Weitere Erläuterungen der Erfindung gehen aus der Beschreibung und den Figuren bevorzugter Ausführungsbeispiele
der Erfindung und ihrer Weiterbildungen hervor.
F i g. 1 zeigt in schematischer Darstellung die Abhängigkeit
der Polarisation eines piezoelektrischen Materials von der Zeit;
F i g. 2 zeigt in schematischer Darstellung die Abhängigkeit der Depolarisation eines piezoelektrischen Materials
von der Zeit.
In der F i g. 1 ist die Polarisation eines Bleizirkonattitanat-Materials,
das Mangan und Aluminium enthält, in Abhängigkeit von der Zeit dargestellt. Die Polarisation
wurde bei Zimmertemperatur und bei verschiedenen Feldstärken durchgeführt. Bei Zimmertemperatur
spielt sich der Vorgang der Polarisation langsamer ab als beispielsweise bei 200°C. Erfindungsgemäß wird das
zu polarisierende Material zunächst bei einer bestimmten Feldstärke bis über den vorgegebenen Wert der
Polarisation oder bis zu seiner Sättigungspolarisation polarisiert. Anschließend wird das Material durch Anlegen
einer Gleichspannung in der der Polarisation ent-
gegengesetzten Richtung teilweise depolarisiert. Wie in der F i g. 2 dargestellt, beginnt der Depolarisationsprozeß
beim Anlegen der Gegenspannung verhältnismäßig steil, klingt aber rasch, ähnlich wie eine e-Funktion, ab.
Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein vorgegebener Polarisationswert des Materials wie
oben bereits gesagt dadurch erreicht, daß dieses Material zunächst beispielsweise bei Zimmertemperatur und
bei einer bestimmten Feldstärke bis zu seiner Sättigung polarisiert wird und daß anschließend der vorgegebene
Polarisationswert durch Depolarisation bzw. durch schrittweise Depolarisation erreicht wird. Dadurch ist
es möglich, jeden gewünschten vorgegebenen Wert der Polarisation, der unter dem Sättigungswert liegt, mit
einer relativ hohen Genauigkeit zu erreichen. Sollen Poldrisationswerte erreicht werden, die unter 30% der
maximalen Polarisation liegen, so wird on Hand der
F i g. I die geeignete Feldstärke ausgewählt, die in einer als geeignet erscheinenden Zeit, beispielsweise in
10 oder 20 Minuten, zu dem gewünschten Wert der Polarisation führt. Dabei findet die Polarisation vorzugsweise
bei Zimmertemperatur statt.
Liegt der vorgegebene Polarisationswert über 30% der maximalen Polarisation, so polarisiert man vorzugsweise
auf höhere Temperaturen erwärmte Materialien, da der Sättigungspolarisationswert bei höheren
Temperaturen in kürzerer Zeit erreichbar ist. Bei Zimmertemperatur wird dann die nach dem vorangegangenen
Schritt erreichte Polarisation dieser Proben durch Anlegen einer Gleichspannung in der der Polarisation
entgegengerichteten Richtung herabgesetzt. Die Feldstärke, die anzuwenden ist, um in einer wirtschaftlich
günstigen Zeitdauer auf den vorgegebenen Polarisationswert zu kommen, kann der F i g. 2 entnommen
werden. Es ist zweckmäßig eine längere Depolarisationszeit zu wählen, da bei flacherem Kurvenlauf, beispielsweise
nach einer Stunde, die gewünschte Polarisation genauer eingestellt werden kann.
Bei dem Depolarisationsverfahren ist zu beachten, daß die Polarisation durch Alterung in den ersten Tagen
wieder etwas zunimmt, so daß man zunächst etwas unter dem vorgegebenen Polarisationswert polarisieren
muß.
Die Messung der Polarisation während des Polarisationsvorganges bzw. während des Depolarisationsvorganges
erfolgt vorzugsweise durch Messung des Resonanzwiderstandes des piezoelektrischen Materials.
Vorzugsweise erfolgt die Depolarisation schrittweise, wobei zwischen den einzelnen Depolarisationsschritten
der jeweilige Wert der Polarisation gemessen wird. Auf diese Weise ist es möglich den vorgegebenen
Polarisationswert genau zu erreichen.
Ein solches schrittweises Verfahren eignet sich auch zur Automatisierung, wobei dann beim Erreichen, beispielsweise
eines vorgegebenen Wellenwiderstandswertes der Depolarisationsvorgang automatisch beendet
wird.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (8)
1. Verfahren zur permanenten Polarisation von piezoelektrischem Material, wobei das Material in
einem elektrischen Feld polarisiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Material in
einem elektrischen Gleichfeld zunächst bis zu einem Wert polarisiert wird, der oberhalb des vorgegebenen
Polarisationswertes liegt und daß anschließend durch Anlegen eines der Polarisation entgegengerichteten
Gleichfeldes durch Depolarisation der vorgegebene Wert der Polarisation erreicht wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das piezoelektrische Material bei
Temperaturen, die höher als die Zimmertemperatur sind, polarisiert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das piezoelektrische Material bei Zimmertemperatur
polarisiert wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das piezoelektrische
Material bei Zimmertemperatur depolarisiert wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche ! bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Depolarisation in
mehreren Schritten erfolgt, wobei zwischen den einzelnen Schritten ein für die Polarisation charakteristischer
Wert gemessen wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine lange Depolarisationszeit
gewählt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die schrittweise Depolarisation automatisch
gesteuert wird, und daß der Depolarisationsvorgang automatisch beendet wird, wenn ein
vorgegebener Wert der Polarisation erreicht ist.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein vorgegebener
Wellenwiderstandswert als Maß für die Beendigung eines automatischen Depolarisationsprozesses
herangezogen wird.
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