高溫極化裝置針對不同樣品和不同電壓,實現(xiàn)多樣品同時極化,同時生成極化曲線,可快速判斷理想極化電場、溫度和時間,好,操作方便。
三要素
1.高溫極化裝置之極化電場
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(zhuǎn)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(jié)構(gòu)有關(guān)。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,90o疇轉(zhuǎn)動產(chǎn)生內(nèi)應力小,轉(zhuǎn)動容易,Ec降低。軟性添加物使Ec降低,硬性添加物使Ec提高。實用PZT系列材料Ec在0.6-1.6Kv/mm范圍內(nèi)。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。
2.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。其主要原因在于:
?、俳Y(jié)晶各向異性隨溫度升高而降低,電疇轉(zhuǎn)向的內(nèi)應力變小,即阻力小,所以極化較容易。
?、陔姕鼐€隨溫度升高變窄,即矯頑場變小,實際上也是使疇運動易進行。
?、劭臻g電荷效應隨溫度升高而減弱。有些雜質(zhì)使制品中出現(xiàn)大量空間電荷,從而產(chǎn)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,使空間電荷易于遷移,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(guān)。有的材料綜合反映壓電的機電耦合系數(shù)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。
實踐選擇極化溫度時,都以溫度高些為好,因為提高極化溫度可以縮短極化時間,提高極化效率。但在較高的溫度時,常遇到的問題是制品電阻率太小,漏電流大,承受電壓低,即電壓加不上去。這除了與配方有關(guān)外,還與致密度不好、電阻率低有關(guān)。對于僅與配方有關(guān)的制品,只有降低極化電場和延長極化時間。
3.高溫極化裝置之極化時間
極化時間是指陶瓷制品從一個平衡態(tài)轉(zhuǎn)變到另一個平衡態(tài)所需要的保溫保壓時間。時間長,電疇轉(zhuǎn)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(guān)。電場強、溫度高,則所需極化時間短;反之,所需極化時間就長。
綜合考慮,確定極化條件應該以兼顧充分發(fā)揮壓電,提高成品率和節(jié)省時間為原則。對不同成分的材料,應在極化工藝原理指導下,通過實驗,優(yōu)化出極化條件。實用中可通過測量壓電(如Kp或d33)來判定極化效果,當其不再隨極化條件增強而升高時,即可認為極化已經(jīng)充分了。