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日期:2021-02-22瀏覽:2147次
根據(jù)實(shí)際應(yīng)用情況,高溫應(yīng)用對(duì)壓電材料性能的要求有高TC,高壓電常數(shù),高電阻率及良好的機(jī)械強(qiáng)度等。
居里溫度
對(duì)于高溫應(yīng)用,壓電材料必須具有高的TC,當(dāng)溫度超過(guò)TC時(shí),壓電材料的晶格結(jié)構(gòu)將發(fā)生轉(zhuǎn)變,并失去自發(fā)極化,壓電活性也隨之消失,所以TC為壓電材料應(yīng)用的理論上限溫度。同時(shí),壓電材料在使用前必須通過(guò)極化工藝使其電疇盡可能的定向排列以獲得良好的壓電性能,但這種定向排列的電疇熱力學(xué)不穩(wěn)定,所以有恢復(fù)到原始狀態(tài)的趨勢(shì)。
當(dāng)溫度升高時(shí),這一過(guò)程將越來(lái)越明顯,使材料的壓電性能在高溫下出現(xiàn)明顯老化。因此,壓電材料的實(shí)際使用溫度遠(yuǎn)低于材料的TC。
壓電常數(shù)壓電常數(shù)d(d33、d15等)也是一個(gè)重要參數(shù),它反映了壓電材料在應(yīng)力作用下產(chǎn)生電荷大小的能力。壓電常數(shù)高即意味著器件的電荷靈敏度高,相同電荷靈敏度下可減小器件的體積,達(dá)到小型化的目的。然而在實(shí)際材料中,高TC。和高壓電常數(shù)不可兼得,如圖1所示。
電阻率高電阻率可減小極化過(guò)程中的漏電流,避免材料被高壓擊穿。同時(shí),高電阻率能使壓電材料在應(yīng)力下產(chǎn)生的電荷維持更長(zhǎng)的時(shí)間以被探測(cè)到。電荷可被維持的時(shí)間與RC時(shí)間常數(shù)成正比。對(duì)于傳感器應(yīng)用而言,其可以使用的小頻率極限fLL=1/(2πRC)(1)
當(dāng)?shù)陀?/font>fLL時(shí),電荷將在被傳感器探測(cè)到之前以漏電流的形式流走,通過(guò)提高材料的電阻率來(lái)達(dá)到提高RC時(shí)間常數(shù)的目的,從而降低fu,擴(kuò)大傳感器使用的頻率范圍口。
機(jī)械強(qiáng)度機(jī)械強(qiáng)度也是高溫應(yīng)用中的一個(gè)問(wèn)題,當(dāng)壓電傳感器工作于高溫狀態(tài)時(shí),基本處于一定的應(yīng)力場(chǎng)中。若作為器件核心的壓電材料抗拉伸和剪切能力很弱,當(dāng)材料各向異性較強(qiáng)時(shí),由于熱膨脹造成較大的剪切應(yīng)力使陶瓷出現(xiàn)裂紋以致破壞。