SU788230A1

SU788230A1 - Способ пол ризации пьезокерамических материалов

Info

Publication number: SU788230A1
Application number: SU782705126A
Authority: SU
Inventors: Олег Павлович Крамаров; Александр Иванович Сокалло; Виктор Александрович Хренкин; Юрий Анатольевич Вусевкер
Original assignee: Ростовский Ордена Трудового Красного Знамени Государственный Университет
Priority date: 1978-12-22
Filing date: 1978-12-22
Publication date: 1980-12-15

Description

(54) СПОСОБ ПОЛЯРИЗАЦИИ ПЬЕЗОКЕРАМИЧЕСКИХ

МАТЕРИАЛОВ Изобретение относитс к производству пьезокерамических элементов и преимущественно может быть использовано дл пол ризации крупногабаритных заготовок сложной формы и заготовок с переменным межэлектродным рассто нием из пьезома териалов с температурой Кюри выше 45О С, а также из материалов с высоко проводимостью. Известен/способ пол ризации пьезокерамических материалов, предполагающий переход из параэлектрической в сёгнетоэлектрическую фазу при одновременном приложении и поддержании оптимального значени тока fl. Однако этот способ непригоден дл пол1физации материалов с высокой проводимостью и с температурой Кюри выше , так как эти материалы неравномерно разогреваютс током, протекающим при пол ризации. Поэтому режим пол ризации по току задаетс более разогретым участкам пьезоэлемента. Известен также способ пол$физации пьезокерамики путем нагрева пьезоэлемента до температуры, превышающей температуру Кюри, с последующим охлажде нием его в электрическом поле. Причем образец сначала нагревают до 4ОО-5ОСГС, а затем охлаждают до температуры, превышающей тетлпературу Кюри не менее чем на , после чегА включают пол -. ризующее поле 2 кВсм 12 . Недостатки этого способа заключаютс в том, что иьезок юмика с ростом темпер|атуры снижает электрическое сопротивление, и, хоти пол ризующее поле относительно невелико, оно вызывает ток проводимости тем больший , чем меньше удельное сопротивление материала. Выдел ема при этом мощность на пьезоэлетленте вызывает дополнительный его разогрев что еще больше снижает электрическое сопротивление и при неизменном напр жении на нем Это приводит к увеличению выдел емой мощности на пьезоэлементе, что в свою очередь ведет к дальнейшему разогреву и развитию теплового пробо или образованию токовы шнуров, которые резко ухудшают электро физзгческие свойства пол ризуемого пьезоэлемента , например пьезомодуль Зц., диэлектрическую проницаемость 6 , тангенс угла диэлектрических потерь-tocf удельное сопротивление j и т.д. Кроме того, предварительный разогрев заготовки до 400-500 и его охлаждение без приложени электрического пол приводит к омолаживанию пьезоматериалов, что отрицательно сказываетс на временной стабильности пол ризованного состо ни . Материалы, имеющие высокую удетпьную проводимость (ЦТСС-, ЦТС-23 т т.д.) в районе фазового перехода, не могут быть эффективно пол ризованы этим способом . Материалы, имеющие высокую температуру Кюри (, и выше), не могут быть эффективно пол ризованы этим способом вследствие недостаточности прогрева 50Cfc) ииспол э-уемого пол ризующего напр жени 2 кВСм, а также в св зи с высокой проводимостью материалов при этих температурах. Этим способом не могут быть эффективно пол ризованы крупногабаритные заготовки и заготовки с переменным межэлектродным рассто нием. Цель изобретени - улучшение пьезоэлектрических параметров пьезоэлементов , расширение номешшатуры пол ризую емых материалов, обеспечение возможности пол ризации крупногабаритных заготовок и заготовок сложной формы с переменным f межэлектродным рассто нием . Поставленна цель достигаетс тем, что пьезокерамическую за1Ч товку нагревают до температуры превышающей температуру Кюри не менее . чем на , затем пропускают через нее посто нный электричес1сий ток плотностью О,1-10то. и охлаждают со скоростью не менее 5О /мин , причем одно временно уменьшают ток пол ризации и увели 1ивают напр жение на заготовке так, чтобы максимум выдел емой мощности находилс при температурах (О,70 ,95) Те, где Т, - температура Кюри материал а. На фиг. I представлена блок-схема s пол ризационной установки; на фиг. 2 зависимость напр жени U пол ризации от тока tJ пол ризации; на фиг. 3 - за ,Исимость пол ризующего пол Ей мощности Р,выдел емой на пол ризуемом пьезоэлементе, от температуры дл двух режимов пол ризации (кривые а и б) кольцевой заготовки из материала ЦТС-23, а также зависимость изменени коэрцетивной силы Е от температуры; на фиг. 4 и 5 - пьёзоэлементы в форме цилиндра и призмы соответственно, пол ризованные п{эедложенным способом. Установка содержит нагревательную камеру I с помещенной в нее заготовкой в держателе, устройство 2, задающее вольтамперную характеристику пол ризуемой заготовки, источник 3 посто нного высокого напр жени . Пьёзоэлементы (фиг. 4 и 5) имеют следующие геометрические размеры: D е 18 мм, MMjK - 2мм, Ь S 22 мм, г.4 мм, h iirYMM, К - QO мм, Способ пол ризации осуществл ют следующим образом. Заготовку, изготовленную по керамической технологии, закрепл ют в держатель и нагревают до температур, превышающих Т,., не менее, чем на . По, гоковедущим част м держател через заготовку пропускают посто нный электрический ток плотностью 0,l-lOmoi-civr в зависимости от материала заготов1ш, до 5Озатем охлаждают ее вне печи 6О С со скоростью не менее 50 Скорость охлаждени ограничена снизу возможностью развити теплового про- бо , а сверху - механической прочностью материала (тсонкретной дл каждого типоразмера). Одновременно уменьшают ток пол ризации и увеличивают напр жение на заготовке так, чтобы максимум выдел емой мощности находилс при температурах (0,7-0,95) Т с . Рассмотрим пол ризацию кольцевой заготовки из материала ЦТС-23, имеющую следующие геометрические размеры: Ъ-20ми. , h и 2мм. Заготовку нагревают, до 500 С и пропускают через нее ток плотностью 3,7Vnoi-cM, В процессе охлаждени устройство 2 уменьшает ток пол ризации и одновременно увеличивает напр жение на пол ризуемой заготовке. Зависимость напр жени пол ризации от тока пол ризации и напр женности пол ризующего пол от температуры (фиг. 2 и з) фиксируютс самописцем. По полученным данным определ ют зависимость мощности, выдел емой на пьезоэлементе от температуры пол ризации (фиг. 3). На основании этой , зависимости устройство 2 настраиваетс таким образом, чтобы максимум выдел емой мощности на пол ризуемом

пьезоэлементе находилс в пределах (0,7-0,95) ТА , что обеспечивает оптимальность пьезоэлектрических параметров пьезоэлемента. Из зависимости коэрцитивной силы и пол ризующего пол от температуры (фиг. З) видно, что нагрев пьезоэлемента до температуры, превышающей температуру Кюри не менее чем на 7СГС (крива б), вл етс достаточным дл увеличени , напр женности пол ризующего пол на пьезозаготчэвке в про . межутке температур (0,7-0,95)Tg по

сравнению с ветгчиной коэрцитивной силы материала. При этом максимум выдел емой мощности на пьезоэлементе также находитр в утсазанном промежутке томператур . В отличие от вышесказанного, прогрев заготовки до 35О С и подача пол ризующего пол (крива а) при этой температуре не дает желаемого результата , так как величина напр женности

пол ризующего пол остаетс ниже коэрщггивной силы, что приводит к уменьшению пьезочувствительности (см. табл.1).

Таблица

23

35О

3,7 20

4.4 2

50O

3,7

В табл. I и 2 приведены различные режимы пол ризации и соответствующие

0,02-2000

3,0

O,02-2OOO

7,5

им значени пьезомодул (d j-j ) дл заготовки из высокотемпературных материалов.

Таблица 2 Табл. 3 и и результаты 778823О8 4 иллюстрируют, режимывысокой и низкой проводимостью соотпол ризации материалов светственно. Таблица 3 9 Данные по режимам и результатам пол ризации пьезоэлементов, имеющих

2-4 0,01-2000

500-50

ЦТС-23 Из таблиц 2-5 видно, что диапазон значени плотности тока {0,1-10гла-см ) выбран с целью пол ризации широкого круга пьезоматериалов, имеющих различную проводимость при температурах, превышающих Tj, на 70°С. Сверху выбранный , диапазон ограничен тепловой прочностью в результате электрического старени .. Таким образом, предлагаемый способ позвол ет пол ризовать образцы практически из любых пьезоматериалов, а также крупногабаритные издели и издели сложной формы с переменным межэлектродным рассто нием. При этом улучшают с пьезоэлектрические параметры пол ризуемых элементов. Преимущество предлагаемого способ состоит также в том, что не требуетс применени мощных высоковольтных установок напр жением 70-100 кВ, достаточно ограничитс источником в ЮкВ Возможно смещение процесса пол ризаци и вжигани металлических электродов. , формула изобретение Способ пол ризации пьезокерамически материалов путем нагрева пьезоэлёмента до температуры, превышающей темпера0 ,46 , Оптимальный режим 78823010 сложную форму (см. фиг, 4 и 5) приведены в табл. 5. ТаблицаЗ туру Кюри, с последующим охлаждением его в электрическом поле, отличающийс тем, что, с целью улучшени пьезоэлектрических параметров, расширени номенклатуры пол$1ризуемых материалов, и обеспечени возможности пол ризации крупногабаритных заготовок и заготовок сложной формы с переменным межэлектродным рассто нием, пьезокерамическую заготовку нагревают до температуры , превышающей температуру Кюри не менее чем на , затем пропускают через нее посто5ганый электрический ток плотностью 0,1-10 та- см и охлаждают со скоростью не менее 5О ./ мин, причем одновременно уменьшают ток пол ризации и увеличивают напр жение на заготовке так, что максимум выдел етлой мощности на пьезозаготовке находилс при температурах (0,7-0,95)Т, где TQ - температура Кюри пьезоматериала. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1.Патент США № 274171, кл. 29-25,35, опублик. 1953. 2.Авторское свидетельство; СССР № 182428, кл. В 06 В 1/О6, 1966 (прототип).

Claims

Формула изобретения

Способ* поляризации пьезокерамических ₅$

материалов путем нагрева пьезоэлемента

до температуры, превышающей температуру Кюри, с последующим охлаждением его в электрическом поле, отличающийся тем, что, с целью улучшения пьезоэлектрических‘ параметров, расширения номенклатуры поляризуемых материалов, и обеспечения возможности поляризации крупногабаритных заготовок и заготовок сложной формы с переменным межэлектродным расстоянием, пьезокерамическую заготовку нагревают до температуры, превышающей температуру Кюри не менее чем на 70°С, затем пропускают через нее постоянный электрический ток плотностью 0,1-10та· см"²- и охлаждают со скоростью не менее 50 °./ мин, причем одновременно уменьшают ток поляризации и увеличивают напряжение на заготовке так, что максимум выделяемой мощности на пьезозагоговке находился при температурах (0,7-0,95)Т_с, где Т_о - температура Кюри пьезоматериала.