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高温应用对压电材料性能的要求

日期:2021-02-22浏览:79次

根据实际应用情况,高温应用对压电材料性能的要求有高TC,高压电常数,高电阻率及良好的机械强度等。

居里温度

对于高温应用,压电材料必须具有高的TC,当温度超过TC时,压电材料的晶格结构将发生转变,并失去自发极化,压电活性也随之消失,所以TC为压电材料应用的理论上限温度。同时,压电材料在使用前必须通过极化工艺使其电畴尽可能的定向排列以获得良好的压电性能,但这种定向排列的电畴热力学不稳定,所以有恢复到原始状态的趋势。

当温度升高时,这一过程将越来越明显,使材料的压电性能在高温下出现明显老化。因此,压电材料的实际使用温度远低于材料的TC

压电常数压电常数dd33d15等)也是一个重要参数,它反映了压电材料在应力作用下产生电荷大小的能力。压电常数高即意味着器件的电荷灵敏度高,相同电荷灵敏度下可减小器件的体积,达到小型化的目的。然而在实际材料中,高TC。和高压电常数不可兼得,如图1所示。 

电阻率高电阻率可减小极化过程中的漏电流,避免材料被高压击穿。同时,高电阻率能使压电材料在应力下产生的电荷维持更长的时间以被探测到。电荷可被维持的时间与RC时间常数成正比。对于传感器应用而言,其可以使用的最小频率极限fLL=1/(2πRC)1

当低于fLL时,电荷将在被传感器探测到之前以漏电流的形式流走,通过提高材料的电阻率来达到提高RC时间常数的目的,从而降低fu,扩大传感器使用的频率范围口。

机械强度机械强度也是高温应用中的一个问题,当压电传感器工作于高温状态时,基本处于一定的应力场中。若作为器件核心的压电材料抗拉伸和剪切能力很弱,当材料各向异性较强时,由于热膨胀造成较大的剪切应力使陶瓷出现裂纹以致破坏。

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