一種壓電陶瓷材料空氣極化方法
【專利摘要】一種壓電陶瓷材料空氣極化方法,屬于壓電陶瓷材料極化方法,合理選擇極化條件,即極化電場、極化溫度和極化時間,充分發(fā)揮壓電性能,提高成品率和節(jié)省時間,該方法由于不用絕緣油,操作簡單,且極化后的制品不用清洗,因而成本低。
【專利說明】一種壓電陶瓷材料空氣極化方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于壓電陶瓷材料極化方法,特別是一種壓電陶瓷材料空氣極化方法。
【背景技術】
[0002]空氣極化過程進行是否充分,對材料性能影響很大。因此要合理選擇極化條件,即極化電場、極化溫度和極化時間,簡稱極化三要素。只有在極化電場作用下,電疇才能沿電場方向取向排列,所以它是極化條件中的主要因素。極化電場越高,促使電疇排列的作用越大,極化越充分。但不同配方,其高低應該不同。極化電場大小主要取決于壓電陶瓷的矯頑場EC。極化電場一定要大于EC,才能使電疇轉向,沿外場方向排列。一般為EC的2-3倍。而EC的大小與陶瓷組成、結構有關。對四方相PZT系材料,EC隨Zr/Ti比減小而增大。在三方向區(qū)域,EC隨Zr/Ti比的變化不明顯。取代物若使材料晶軸比c/a減小,90°疇轉動產生內應力小,轉動容易,EC降低。軟性添加物使EC降低,硬性添加物使EC提高。EC還隨溫度的升高而降低。因此若極化溫度升高,則極化電場可以相應降低。極化電場還受到陶瓷的擊穿強度Eb的限制。一旦極化電場達到Eb大小,陶瓷擊穿后就成為廢品。Eb因制品存在氣孔、裂紋及成份不均勻而急劇下降。因此,前期制備工序必須保證制品的致密度和均勻性。Eb大小也與陶瓷樣品極化厚度有關,其關系大致符合公式Eb =27.2t0.39式中Eb為擊穿電(kV/cm);t為厚度(cm)。因此,較厚的制品,極化電場因相應降低,且通過調高極化溫度,延長極化時間達到好的極化效果。結晶各向異性隨溫度升高而降低,電疇轉向的內應力變小,即阻力小,所以空氣極化較容易。電滯回線隨溫度升高變窄,即矯頑場變小,實際上也是使疇運動更易進行。空間電荷效應隨溫度升高而減弱。有些雜質使制品中出現大量空間電荷,從而產生很強的空間電荷場,對外加極化電場有屏蔽作用,不利于極化。而溫度升高,制品電導率增加,使空間電荷易于迀移,減少積聚,空間電荷場的屏蔽作用就減小,利于極化。極化溫度與材料組成有關。有的材料綜合反映壓電性能的機電耦合系數kp值基本不受極化溫度影響,可以在較低溫度下極化,如含軟性添加物的PZT系。有的材料要求在較高溫度下極化,才能有較大kp,如含硬性添加物的PZT系。
【發(fā)明內容】
[0003]本發(fā)明的目的是優(yōu)化出最佳空氣極化條件,充分發(fā)揮壓電性能,提高成品率和節(jié)省時間。
[0004]本發(fā)明的技術方案是實用PZT系列材料EC 0.6-1.6Kv/mm范圍內,極化電場為1.5-5kV/mm。極化溫度在極化電場和極化時間一定的條件下,極化溫度高時,電疇取向排列較易,極化效果較好。實踐選擇極化溫度時,都以溫度高些為好,極化溫度100-180°C。時間長,電疇轉向排列充分,并有利于極化過程中應力的弛豫。極化時間對不同材料是不同的。對于同一種材料,極化時間與極化電場、極化溫度有關。電場強、溫度高,則所需極化時間短;反之,所需極化時間就長。實際極化時間20-25min為宜。
[0005]本發(fā)明的有益效果是空氣極化法是以空氣為絕緣媒質,以一定的極化條件對制品進行極化的方法。該方法由于不用絕緣油,操作簡單,且極化后的制品不用清洗,因而成本低。
【具體實施方式】
[0006]實施例1
實用PZT系列材料EC 0.6-1.6Kv/mm范圍內,極化電場為1.5/mm。極化溫度在極化電場和極化時間一定的條件下,極化溫度高時,電疇取向排列較易,極化效果較好。實踐選擇極化溫度時,都以溫度高些為好,極化溫度為100°C。時間長,電疇轉向排列充分,并有利于極化過程中應力的弛豫。極化時間對不同材料是不同的。對于同一種材料,極化時間與極化電場、極化溫度有關。電場強、溫度高,則所需極化時間短;反之,所需極化時間就長。實際極化時間20min為宜。
[0007]實施例2
實用PZT系列材料EC 0.6-1.6Kv/mm范圍內,極化電場為3kV/mm。極化溫度在極化電場和極化時間一定的條件下,極化溫度高時,電疇取向排列較易,極化效果較好。實踐選擇極化溫度時,都以溫度高些為好,極化溫度為150°C。時間長,電疇轉向排列充分,并有利于極化過程中應力的弛豫。極化時間對不同材料是不同的。對于同一種材料,極化時間與極化電場、極化溫度有關。電場強、溫度高,則所需極化時間短;反之,所需極化時間就長。實際極化時間23min為宜。
[0008]實施例3
實用PZT系列材料EC 0.6-1.6Kv/mm范圍內,極化電場為5kV/mm。極化溫度在極化電場和極化時間一定的條件下,極化溫度高時,電疇取向排列較易,極化效果較好。實踐選擇極化溫度時,都以溫度高些為好,極化溫度為180°C。時間長,電疇轉向排列充分,并有利于極化過程中應力的弛豫。極化時間對不同材料是不同的。對于同一種材料,極化時間與極化電場、極化溫度有關。電場強、溫度高,則所需極化時間短;反之,所需極化時間就長。實際極化時間25min為宜。
【權利要求】
1.一種壓電陶瓷材料空氣極化方法,其特征在于是實用PZT系列材料EC 0.6-1.6Kv/mm范圍內,極化電場為1.5_5kV/mm,極化溫度100_180°C,極化時間20_25min。
【文檔編號】C04B41/80GK104446651SQ201410653406
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年11月18日 優(yōu)先權日:2014年11月18日
【發(fā)明者】黃翔 申請人:江蘇神光電子有限公司