DE3344296C2 - - Google Patents

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Description

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zum Polarisieren ferroelektrischer Stoffe nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 sowie einem Gerät zur Durchführung dieses Verfahrens, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 7.
Ein derartiges Verfahren zum Polarisieren ferroelektrischer Stoffe ist aus der Zeitschrift "Revue Technique, Thomson CSF, Vol. 11, 3, 1979" bekannt. Gemäß diesem bekannten Verfahren wird an eine zu polarisierende Probe ein elektrisches Feld bei Raumtemperatur oder einer über oder in der Nähe des Curie-Punktes liegenden Temperatur gelegt. Das angelegte elektrische Feld bestimmt die Polarachse, den Träger eines permanenten Bipols, welche in einer Richtung ausgerichtet wird, die derjenigen des elektrischen Feldes am nächsten liegt. Nach Abschaltung des elektrischen Feldes bei Raumtemperatur weist das polarisierte ferroelektrische Element eine stabile remanente Polarisation auf.
Obwohl sich dieses bekannte Verfahren und auch weitere ähnliche bekannte Verfahren auf besonders einfache Weise durchführen lassen, haftet diesem Verfahren ein einschneidender Nachteil an, der darin besteht, daß keine Möglichkeit gegeben ist, exakt den Polarisationszustand des betreffenden Stoffes in Erfahrung zu bringen, speziell den Volumenanteil an polarisiertem Material, die Homogenität der Polarisation an der Oberfläche und im Inneren sowie den Wert der erzielten remanenten Polarisation.
Aus der US-Zeitschrift "Ferroelectrics", Vol. 32, 1981, Seiten 119 bis 126, sind Untersuchungsergebnisse hinsichtlich der Frequenzabhängigkeit der remanenten Polarisation und der Beziehung der piezoelektrischen Koeffizienten und der remanenten Polarisation speziell bei Polyvenylidenfluorid bekannt. Die hier durchgeführten Versuche basieren im wesentlichen auf der Verwendung eines elektrischen Wechselfeldes, dessen Frequenz in einem Frequenzbereich von dreimal 10-3 bis viermal 10² Hz liegt.
Die bekannten Untersuchungsergebnisse wurden auf der Grundlage einer Anordnung gewonnen, welche eine elektrische Spannungsquelle für sinusförmige Hochspannung umfaßt, ferner Vorrichtungen für das Anlegen dieser Spannung an einen zu polarisierenden Stoff, Vorrichtungen zur Regelung des Wertes der angelegten Spannung und deren Frequenz und somit des an den Stoff angelegten elektrischen Feldes, ferner Vorrichtungen, um von dem das Material durchfließenden Strom die resistive Komponente zu subtrahieren, sowie Vorrichtungen, um die Kurve der Polarisations-Hystereseschleife als Funktion des angelegten elektrischen Feldes sichtbar zu machen.
Es ist ferner bekannt, daß ferroelektrische Stoffe, insbesondere Kristalle, Polykristalle, Polymere oder Copolymere, wie in einer oder in zwei Richtungen gezogene Poly­ vinylidenfluoride, sobald sie polarisiert sind, entsprechend ihrer remanenten Polarisation piezoelektrische und/ oder pyroelektrische Eigenschaften aufweisen, die sie für verschiedene industrielle Verwendungszwecke geeignet machen. Ihre piezoelektrischen Kenngrößen erlauben ihre Verwendung als Wandler-Sender für Lautsprecher und Kopfhörer, Unterwasserhorchgeräte, Sonden für Echographie in Medien, wie Luft, Wasser, biologische Gewebe oder als Druckaufnehmer für Mikrophone, Zeitmesser, für Stoßwellen, Druckwertgeber für Stoßwellen, Strahlungsdruckaufnehmer und auch als Sonden für Echographie und Unterwasserhorchgeräte.
Die pyroelektrischen Eigenschaften kommen zum Einsatz in Anwendungsbereichen, wie Temperaturmessung, Ermittlung warmer Punkte, Aufspüren von Eindringlingen, Aufnahme von Infrarot-Bildern.
In diesen unterschiedlichen Anwendungsbereichen haben die verwendeten ferroelektrischen Stoffe im allgemeinen eine sehr geringe Dicke, die einige µ bis zu 1 mm beträgt. Diese verschiedenen Möglichkeiten der industriellen Anwendung verlangen, daß man den Wert der piezoelektrischen und pyroelektrischen Koeffizienten der verwendeten Stoffe kennt und daß diese gleichzeitig bei der Herstellung reproduzierbar sind. Der Wert dieser Koeffizienten hängt aber direkt von der remanenten Polarisation dieser Stoffe ab.
Durch R. Hase Gawa et al. (J. Polym Service A, 8, 1970), F. Micheron (Revue Technique Thomson CSF, Volume 11, 3, 1979) und P.E. Bloomfield et al. (Naval Research Reviews, Volume 31 No. 5, 1977) kennt man Methoden und Verfahren zur Polarisation von ferroelektrischen Kristallen, Polykristallen, Polymeren und Copolymeren. Im allgemeinen wird an die zu polarisierende Probe ein elektrisches Feld bei Raumtemperatur oder einer über oder in der Nähe des Curie- Punktes liegenden Temperatur gelegt. Das elektrische Feld richtet die Polarachse, den Träger eines permanenten Dipols, vorzugsweise in einer Richtung aus, die derjenigen dieses elektrischen Feldes am nächsten liegt. Nach Abschaltung des elektrischen Feldes bei Raumtemperatur weist das polarisierte ferroelektrische Element eine stabile remanente Polarisation auf.
Um dieses elektrische Feld anzulegen, werden verschiedene Verfahren angewandt:
Das Verfahren mittels einfacher elektrischer Kontakte, das Verfahren der Corona-Ladung, das Plasma-Verfahren usw. Diese Methoden sind wegen ihrer Einfachheit von unbestreitbarer Bedeutung, erlauben aber nicht den Polarisationszustand des Stoffes in Erfahrung zu bringen, d. h. den Volumenanteil an polarisiertem Material, die Homogenität der Polarisation an der Oberfläche und im Innern sowie den Wert der erzielten remanenten Polarisation. Dennoch hängen von letzterer die Werte der piezoelektrischen und pyroelektrischen Koeffizienten ab, die diesem Polarisationswert, insbesondere im Fall der ferroelektrischen Polymere und Copolymere, proportional sind.
Man kann die remanente Polarisation - aber nur sehr angenähert - messen, indem man die bei der pyroelektrischen Depolarisation freigesetzte elektrische Gesamtladung mißt. Diese Messung ist jedoch durch die Eigenschaften des Materials selbst begrenzt und ist ungenau, da das erhitzte Material zu hohe dielektrische Verluste erfährt.
Des weiteren kennt man zum Beispiel die Methode von Sawyer und Tower (C.B. Sawyer und C.H. Tower - Physical Reviews, Volume 35, 269, 1930), abgeändert durch J.C. Hicks (J.C. Hicks, T.E. Jones, Ferroelectrics, Volume 32, 119-126, 1981), die es erlaubt, den Stoff auf folgende Weise zu polarisieren:
Es wird ein sinusförmiges oder dreieckiges elektrisches Feld angelegt (±E [MV/cm]) und die elektrische Induktion D in Abhängigkeit vom angelegten Feld E aufgezeichnet. Die so gewonnene Kurve hat die Form einer Hystereseschleife D=f (E), liefert aber keine Angaben über die Homogenität der remanenten und spontanen Polarisation des Materials, da der Meßparameter D den Einfluß der Ionenströme bzw. der Raumladungen sowie der kapazitiven Störeffekte des betrachteten dielektrischen Elementes berücksichtigt. Von der so erzielten Polarisation und von der remanenten Polarisation hängen nun die piezoelektrischen und pyroelektrischen Kenngrößen des Materials ab.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, ein Verfahren der angegebenen Gattung sowie ein Gerät zur Durchführung dieses Verfahrens anzugeben, das es erlaubt, ferroelektrische Stoffe so zu polarisieren, daß die remanente Polarisation des Materials reproduzierbar und stabil ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 aufgeführten Merkmale gelöst.
Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich aus den Ansprüchen 2 bis 6.
Eine vorteilhafte Ausführungsform des Gerätes zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ergibt sich aus den Ansprüchen 7 bis 12.
Der Wert des das zu polarisierende Material durchfließenden Stromes i beträgt in Abhängigkeit des angelegten Feldes:
In dieser Gleichung bedeuten:
E das angelegte elektrische Feld
P die Polarisation des Materials
ε die Dielektrizitätskonstante des Materials
t die Zeit
R den Innenwiderstand des Materials bei angelegtem Feld.
Durch die Subtraktion des auf die kapazitive Komponente zurückzuführenden Stromes
sowie des auf die ohmsche Komponente zurückgehenden Stroms
erlaubt das Gerät, den reinen Zyklus von
als Funktion des angelegten elektrischen Feldes und dann mit Hilfe einer Integration über die Zeit, direkt die Hystereseschleife der Polarisation in Abhängigkeit vom elektrischen Feld zu erhalten. Man kann so die Entwicklung und dann die Stabilisierung dieser Schleife bei zunehmender Feldstärke verfolgen.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Hinweis auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 das elektrische Schaltschema des Gerätes mit Merkmalen nach der Erfindung,
Fig. 2 den Verlauf des den Stoff während der stufenweisen Anlegung eines sinusförmigen elektrischen Feldes durchfließenden Stromes i;
Fig. 3 die stabile Kurve i=f (E) nach Anlegung des elektrischen Feldes;
Fig. 4A die in einem gewissen Stadium des Verfahrens erhaltene Kurve i=f (E), auf der man die kapazitive und die ohmsche Komponente des Stroms hat erscheinen lassen;
Fig. 4B die Polarisation P=f (E) und den Strom
nach Subtraktion der kapazitiven und der ohmschen Komponente;
Fig. 5 als Beispiel die Kurven (P) und (i), die denjenigen der Fig. 4B entsprechen und für einen Sonderfall des ferroelektrischen Stoffs erhalten wurden.
Wie aus Fig. 1 ersichtlich, enthält das Gerät zur Polarisierung eines ferroelektrischen Stoffs eine sinusförmige Hochspannungsquelle 1, die dazu dient, ein elektrisches Feld E an eine Stoffprobe eines zwischen zwei ebenen Elektroden 3a, 3b angeordneten Ferroelektrikums 2 zu legen. Ein von einem Strom i durchflossener elektrischer Kreis 4 verbindet die Klemme 5 der Quelle 1 mit der Elektrode 3a. Die Elektrode 3b ist mit dem Eingang 6 eines Stromverstärkers 7 verbunden, der gegen Überspannung durch ein nicht dargestelltes Relais geschützt ist, das von dem besagten Verstärker 7 gesteuert wird, dessen zweiter Eingang 8 an Masse liegt. Auch die Klemme 9 der Quelle 1 ist geerdet und gestattet so die Schließung des Kreises 4.
Die Elektroden 3a, 3b für die Anlegung des Feldes E können bevorzugt in einer temperaturgeregelten Kammer 10 untergebracht werden, die gestrichelt in der Fig. 1 wiedergegeben ist, wenn man bei einer von der Raumtemperatur abweichenden Temperatur arbeiten will. Sie können auch dazu dienen, einen hohen Druck - z. B. 200 bar - auf die zu polarisierende Stoffprobe zu übertragen, damit diese während des Polarisationsvorganges plan bleibt. Es scheint tatsächlich, daß, wenn das angelegte Feld und damit die Polarisation hohe Werte erreicht, es u. a. zu einer intensiven Bewegung der kristallinen Ketten, der Ionen und der Raumladungen im Innern des Materials kommt, die dessen Verformung verursachen kann. Für den späteren industriellen Einsatz dieser polarisierten Ferroelektrika ist es unwichtig, ob ihre geometrischen Kenngrößen - insbesondere die Ebenheit und die Parallelität ihrer Hauptflächen - auf 1 µ genau sind und dies auch bleiben.
Der die Stoffprobe durchfließende Strom i kann mit Hilfe eines Oszillographen 36 sichtbar gemacht und gemessen werden, dessen Ordinaten-Eingang X mit dem Ausgang 11 des Verstärkers 7 und dessen Abszissen-Eingang X über die Klemme 15 mit der Quelle 1 verbunden ist, die eine abgeschwächte Spannung liefert, wie nachstehend ausgeführt.
Die Ausgangsklemme 11 des Verstärkers ist mit dem Eingang 12 eines Addierwerks mit drei Eingängen verbunden, dessen zweiter Eingang 22 das eine Ende eines zweiten Kreises 14 bildet, dessen anderes Ende mit einer dritten Klemme 15 der Quelle 1 verbunden ist, die ein im Vergleich zu dem an die Klemme 5 abgegebenen Signal beispielsweise ein Signal mit einer um den Faktor 10³ schwächeren Amplitude liefert. Dieser Kreis 14 verbindet die Klemme 15 mit dem Eingang 16 eines Spannungsverstärkers und -umkehrers 17, dessen Ausgangsklemme 18 mit dem Eingang 19 eines regelbaren Verstärkers 20 verbunden ist. Der Ausgang 21 dieses Verstärkers 20 ist an den zweiten Eingang des Addierwerks 13 angeschlossen. Der ausschließlich ohmsche Stromzweig (19, 22) wird von einem Strom durchflossen, der mit Hilfe des Verstärkers 20 auf den Wert der Komponente iR des Stromes i eingeregelt werden kann.
Ein dritter Kreis 24 ist mit den Klemmen 19 und 23 des zweiten Kreises 14 parallelgeschaltet. Er enthält einen π/2-Phasenschieber 25, der über die Eingangsklemme 26 mit der Klemme 19 verbunden ist. Die Ausgangsklemme 17 ist mit dem Eingang 28 eines regelbaren Verstärkers 29 verbunden, dessen Ausgangsklemme 30 mit dem Eingang 31 eines zweiten Addierwerks 32 mit drei Eingängen verbunden ist, dessen zweiter Eingang mit dem dritten Eingang 23 des Addierwerks 13 verbunden ist. Der Kreis 24 erlaubt, nur die kapazitive Komponente iC des Stroms, der mit Hilfe des Verstärkers 29 geregelt wird, wiederzugeben.
Der vierte Kreis 4 stellt den Kreis für die optische Anzeige der Polarisationskurve in Abhängigkeit vom angelegten Feld dar. Er enthält ein Zeichengerät 46, dessen Ordinaten im Eingang Y₁ über eine Integrierschaltung 47 mit dem dritten Eingang 45 des zweiten Addierwerks 32 und dessen Abzissen- Eingang X₁ mit der Klemme 15 der Quelle 1 verbunden ist. Ein fünfter Kreis 54 stellt den Kreis für die optische Anzeige des Kompensationsstroms ip als Funktion des angelegten Feldes dar. Auch er enthält ein Zeichengerät 55 dessen Ordinaten- Eingang Y₂ direkt mit dem dritten Eingang 45 des zweiten Addierwerks 32 und dessen Abszissen-Eingang X₂ mit derselben Klemme 15 der Quelle 1 verbunden ist.
Nachstehend soll die Arbeitsweise des soeben beschriebenen Gerätes und gleichzeitig das erfindungsgemäße Verfahren dargelegt werden.
Um das Ferroelektrikum 2 auf einen vorherbestimmten Polarisationswert P zu bringen wird an ihn mit Hilfe der Hochspannungsquelle 1 ein sinusförmiges elektrisches Feld E angelegt. Die von dieser Quelle 1 gelieferte Spannung hat eine zwischen 0,001 und 1 Hz liegende Frequenz.
Erfindungsgemäß läßt man diese Wechselspannung stufenweise so anwachsen, daß das elektrische Feld E selbst von 0 auf ± EN ansteigt, wobei EN etwas höher als die Koerzitivfeldstärke EC des betrachteten Stoffes ist und die Anstieggeschwindigkeit bei 0,05 MV/cm/mn liegt.
Dieser Wert des Feldes EN, der leicht über demjenigen der Koerzitivfeldstärke des Stoffes liegt, beträgt beispielsweise 1 MV/cm für ein in zwei Richtungen gezogenes Polymer PVF₂, 0,5 MV/cm für ein in einer Richtung gezogenes Polymer PVF₂ und 0,01 MV/cm für ein polykristallines Material vom Typ PZT (Bleizirkonotitanat).
Parallel hierzu wird der Verschiebungsstrom i in Abhängigkeit vom Feld E mittels eines Gerätes, z. B. eines Oszillographen, gemessen, bis eine stabile Kurve i=f (E) erhalten wird. Beim Anstieg des Feldes E wird man zunächst bei einem Wert E₁ des Feldes beobachten, daß der Strom i einen stabilen Zyklus C₁ beschreibt (siehe Fig. 2). Läßt man das Feld langsam bis zu einem Wert E₂ weiter ansteigen, geht der Zyklus in einen zweiten Zyklus C₂ über, der seinerseits ebenfalls stabil ist. Nimmt das Feld weiterhin zu bis zu einem gegebenen Wert EN, der gerade über demjenigen der Koerzitivfeldstärke des Stoffes liegt, hat dieser eine Polarisation erfahren, deren Wert stabil und reproduzierbar ist (siehe Kurve C₃ in Fig. 3).
Man läßt dann das Feld E bis zu seinem Maximalwert ES ansteigen, der knapp unter demjenigen der Durchschlagsfestigkeit des Stoffes liegt, und zwar stufenweise um ca. 0,05 MV/cm/mn. Diese Durchschlagsfestigkeit erreicht z. B. bei einem in zwei Richtungen gezogenen Polymer vom Typ PVF₂ einen Wert von 400 V/µ.
Die dem Feld EN entsprechende Kurve C₃ kann zwei kleine Einbuchtungen (a, b) aufweisen, die fast symmetrisch zum Koordinatennullpunkt liegen. Diese Einbuchtungen verschwinden, sobald man das Feld auf einen knapp über der oben angegebenen Geschwindigkeit liegenden Wert bringt, der entsprechend dem Verwendungszweck gewählt wurde (gepunktete Partien a₁, b₁, in Fig. 3).
Ist das Ferroelektrikum 2 ein Polymer oder Copolymer, wird die Arbeitstemperatur in der Kammer 10 ständig auf einem Wert gehalten, der niedriger als die Thermoverformungstemperatur dieses Materials ist oder höchstens den gleichen Wert aufweist.
Im Falle von Kristallen oder Polykristallen wird diese Temperatur ständig unter dem Curie-Punkt dieser Materialien gehalten.
Im allgemeinen wird man vorzugsweise bei einer Temperatur in der Nähe der Raumtemperatur arbeiten, wobei jedoch ein leichter Temperaturanstieg der Ionen- und Raumladungswanderung erleichtert.
Das in Fig. 1 dargestellte Gerät erlaubt außerdem, den Verschiebungsstrom der von seiner resistiven (iR) und seiner kapazitiven (iC) Komponente befreit wurde, zu messen. Der Strom i, der den ersten Kreis 4 und den Stoff 2 durchfließt und dessen Wert durch die oben angeführte Formel (1) gegeben ist, wird mit Hilfe der Addierwerke (13, 32) zu den Strömen iR und iC des zweiten Kreises 14 und des dritten Kreises 24 hinzugezählt, wobei die beiden Ströme durch die abgeschwächte Spannungsquelle 1 erzeugt wurden, deren Polarisationsrichtung durch den Spannungsumkehrer 17 umgekehrt wurde. Die Werte dieser Ströme iR und iC werden jeweils in Abhängigkeit der Kenngrößen des zu polarisierenden Materials (Dielektrizitätskonstante, Innenwiderstand usw.) mit Hilfe der regelbaren Verstärker 20 und 29 eingestellt. Im fünften Kreis erhält man auf diese Weise nur den Polarisationsstrom ip, so daß
und das Gerät 55 stellt den Zyklus dieses Stroms ip als Funktion des angelegten elektrischen Feldes ip=f (E) optisch dar.
Nach der mit Hilfe des Integrators 47 des vierten Kreises 44 ausgeführten Integration über die Zeit wird eben dieser Strom an das Gerät 46 angelegt, das die Polarisations- Hystereseschleife P als Funktion des angelegten Feldes P=f (E) sichtbar macht.
Der den Stoff 2 durchfließende Strom i ist in Fig. 4A als Funktion eines angelegten Feldes E₄ durch die Kurve C₄ dargestellt. In bekannter Weise wird die resistive Komponente iR dieses Stromes i durch eine durch den Koordinatennullpunkt gehende Strichpunktlinie und seine kapazitive Komponente iC durch eine gepunktete Ellipse dargestellt. Der Polarisationsstrom ip ist in Fig. 4B dargestellt nachdem seine resistive und seine kapazitive Komponente vom Strom i subtrahiert worden ist. Diese Kurve wird in der bereits oben beschriebenen Weise durch das Gerät 55 dargestellt.
Die Fig. 4B gibt, ebenfalls gepunktet, die Polarisationskurve (P) des Stoffes als Funktion des angelegten Feldes (E) wieder. Diese Kurve wird vom Gerät 46 dargestellt. In Fig. 4B gibt, ebenfalls gepunktet, die Polarisationskurve (P) des Stoffes als Funktion des angelegten Feldes (E) wieder. Diese Kurve wird vom Gerät 46 dargestellt. In Fig. 5 werden als Beispiel der Kurvenverlauf des Stromes ip und der Polarisation P als Funktion des Feldes (E) für eine in zwei Richtungen gezogene PVF₂-Probe mit einer Dicke von 26 µm und einer Fläche von 1,89 cm² dargestellt. Das angelegte Feld (E) ist in MV/cm, der Strom (i), in µA und die Polarisation (P) in µC/cm² angegeben (der Wert des erforderlichen Feldes erreicht 9,6 kV bei einer Materialstärke von 26 µ). Der Wert der remanenten Restpolarisation (Pr) bei Feld Null beträgt für dieses Beispiel 8,3 µC/cm². Man stellt somit fest, daß das Ferroelektrikum eine über die Fläche u. d. Volumen gleichmäßige, stabile, homogene Polarisation erfährt, die einwandfrei reproduzierbar ist, ganz gleich ob der Polarisationswert niedriger oder gleich dem Sättigungswert ist.
Schließlich ist zu bemerken, daß das erläuterte Verfahren erlaubt, den Nachweis zu erbringen, daß einige als polarisierbar angesehene Polymere in Wirklichkeit nur Elektrete sind.
Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die beschriebenen Beispiele beschränkt, sondern deckt jede in Reichweite des Fachmanns befindliche Variante.
So könnte das angelegte Wechselfeld E, anstatt sinusförmig zu sein, eine Dreiecksform aufweisen, wobei es wesentlich ist, daß die Frequenz zwischen 0,001 und 1 Hz beträgt und die Probe aus ferroelektrischem Stoff einen langsamen stufenweisen Anstieg des elektrischen Feldes erfährt, der es den Ionen und Raumladungen ermöglicht, zu den Elektroden zu wandern.

Claims (12)

1. Verfahren zum Polarisieren ferroelektrischer Stoffe, bei dem an diesen Stoff ein elektrisches Wechselfeld (E) angelegt wird und das durch folgende Etappen gekennzeichnet ist:
  • a) man legt an den Stoff (2) ein elektrisches Wechselfeld (E), dessen Frequenz nicht höher als 1 Hz liegt, das man stufenweise zwischen 0 und ± EN ansteigen läßt, wobei EN über der Koerzitivfeldstärke EC des Stoffes liegt,
  • b) gleichzeitig wird die Stromstärke (i) des Verschiebungsstromes als Funktion des Wechselfeldes (E) mit Hilfe eines Meßgerätes gemessen, bis man eine stabile Kurve i=f (E) erhält,
  • c) man läßt das Wechselfeld weiterhin bis zu einem vorgewählten Polarisationswert des zu polarisierenden Stoffes steigen.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man das elektrische Feld (E) stufenweise um ca. 0,05 MV/cm/mn ansteigen läßt.
3. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Falle ferroelektrischer Polymere oder Copolymere, die Temperatur auf einem Wert gehalten wird, der niedriger oder höchstens gleich der Thermoverformungstemperatur dieser Stoffe ist.
4. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Falle der ferroelektrischen Kristalle oder Polykristalle die Temperatur auf einem unterhalb des Curie-Punktes dieser Materialien liegenden Wert gehalten wird.
5. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man vom Strom i=f (E) seine kapazitive und seine resistive Komponente subtrahiert, so daß man direkt nach Integration des Stroms (i) über die Zeit, den Verlauf der Polarisations-Hystereseschleife (P) des Materials als Funktion des angelegten elektrischen Feldes (E) erhält: P=f (E).
6. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß man auf den ferroelektrischen Stoff einen Druck in der Größenordnung von 200 bar ausübt, um die Ebenheit der Flächen dieses Stoffes zu erhalten.
7. Gerät zur Polarisierung von ferroelektrischen Stoffen auf einen vorherbestimmten Polarisationswert, mit einer elektrischen Spannungsquelle für sinusförmige Hochspannung, mit Vorrichtungen für das Anlegen dieser Spannung an den zu polarisierenden Stoff, mit einer Einrichtung zur Regelung des Wertes der angelegten Spannung und deren Frequenz und des an den Stoff angelegten elektrischen Feldes, mit einer Einrichtung, um von dem den Stoff durchfließenden Strom die resistive Komponente zu subtrahieren, und mit einer Einrichtung, um die Kurve der Polarisations- Hystereseschleife als Funktion des angelegten elektrischen Feldes sichtbar zu machen, zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (13, 14, 17, 20, 24, 25, 29, 32), um von dem den Stoff durchfließenden Strom die resistive Komponente (iR) zu subtrahieren, dafür ausgebildet ist, die kapazitive Komponente (iC) dieses Stromes zu subtrahieren, und daß eine Einrichtung (54, 55) vorgesehen ist, um den periodischen Wert des Polarisationsstromes (ip) als Funktion des angelegten Feldes ip=f (E) sichtbar zu machen.
8. Gerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtungen zur Anlegung der sinusförmigen Hochspannung an den Stoff (2) einen Kreis (4) enthalten, der die Spannungsquelle (1) mit den auf den zu polarisierenden Stoff (2) und auf einen Stromverstärker (7) aufgetragenen Polarisationselektroden verbindet, wobei sich der besagte elektrische Kreis über Masseleiter (9, 8) der Spannungsquelle und des Stromverstärkers wieder schließt, und andererseits mit einem der Eingänge (12) eines Addierwerks mit drei Eingängen (13) verbunden ist.
9. Gerät gemäß Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung, um die resistive Komponente (iR) vom Strom (i) zu subtrahieren, einen Kreis (14) enthält, der einerseits mit einem zweiten Ausgang (15) der elektrischen Hochspannungsquelle (1), die ein Signal gleicher, aber abgeschwächter Amplitude liefert, und andererseits mit dem zweiten Eingang (22) des Addierwerks (13) verbunden ist, das, in Serie geschaltet, einen Spannungsumkehrer (17), einen regelbaren Verstärker (20) und ein Zählwerk (13) enthält.
10. Gerät nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung um die kapazitive Komponente (ic) vom Strom (i) zu subtrahieren, einen Kreis (24) aufweist, der einerseits mit dem Ausgang (18) des Spannungsumkehrers (17) und andererseits mit dem dritten Eingang (23) des Addierwerks (13) verbunden ist, wobei dieser Kreis (24), in Serie geschaltet, einen π/2-Phasenschieber (25), einen regelbaren Verstärker (29) und ein Addierwerk mit 3 Eingängen (32) besitzt.
11. Gerät nach Anspruch 7 oder 8, gekennzeichnet durch ein Anzeigegerät (46) mit x-y- Koordinaten, auf dessen Ordinaten-Eingang Y₁ das Signal eines Integrators (47) abgegeben wird, der seinerseits mit dem dritten Eingang (45) des Addierwerks (32) verbunden ist und dessen Abszissen-Eingang X₁ mit der Klemme (15) der Spannungsquelle (1) verbunden ist.
12. Gerät nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigegeräte für die Kurve ip=f (E) ein zweites Anzeigegerät (55) mit rechtwinkligen Koordinaten besitzen, dessen Ordinaten-Eingang Y₂ mit dem Ausgang (45) des Addierwerks (32) und dessen Abszissen-Eingang X₂ mit der Klemme (15) der Hochspannungsquelle (1) verbunden ist.
DE19833344296 1982-12-15 1983-12-07 Verfahren und geraet zur polarisierung ferroelektrischer stoffe Granted DE3344296A1 (de)

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