一种检测相变铁电陶瓷剩余极化强度的装置及方法与流程

本发明涉及铁电材料的电学性能参数测量，具体地，涉及一种检测相变铁电陶瓷剩余极化强度的装置及方法。

背景技术：

剩余极化强度是评价铁电陶瓷储能特性的重要参数，有着重要的实用意义，因此需要建立一种测试装置及方法实现铁电陶瓷实际储存能量的测量。铁电陶瓷储存的能量通常用剩余极化强度来表示，目前常用测试方法有热退极化法。

极化了的铁电陶瓷储存能量，在外场作用下会发生退极化，由于实际应用场合的不同，外场可以是温度场，也可以是应力场。铁电材料在应力场作用下会产生大电压或大电流，有着重要的应用价值，因此需要建立应力加载作用下材料剩余极化强度的检测装置及方法。

技术实现要素：

鉴于以上所述，本发明所要解决的技术问题在于提供一种检测相变铁电陶瓷剩余极化强度的装置及方法，使相变铁电陶瓷能在应力场作用下退极化，从而测得铁电陶瓷的剩余极化强度。

为了解决上述技术问题，一方面，本发明所提供的检测相变铁电陶瓷剩余极化强度的装置，包括：样品、积分电容、静电计、加压单元、压力检测单元、以及控制单元；所述样品置于所述加压单元中，所述样品分别与所述积分电容和静电计并联连接，所述静电计的控制接口接至所述控制单元，所述压力检测单元置于所述加压单元中，将检测到的压力信号传输给所述控制单元。

本发明通过加压单元对相变铁电陶瓷施加压力，施压过程中，测量相变铁电陶瓷释放的电荷，从而得到陶瓷的剩余极化强度。由此，本发明可通过测量相变铁电陶瓷应力场下的退极化电荷，测得陶瓷的剩余极化强度。

又，在本发明中，也可以是，所述加压单元包括容纳有传压介质的静水压压力试验机，所述样品置于所述静水压压力试验机的传压介质中。

根据本发明，可通过静水压压力试验机对相变铁电陶瓷施加压力，施压过程中，测量相变铁电陶瓷释放的电荷，从而得到陶瓷的剩余极化强度。

优选地，所述压力检测单元包括压力传感器，所述压力传感器通过a/d转换卡将检测到的压力信号传输给所述控制单元。

另一方面，本发明还提供了一种检测相变铁电陶瓷剩余极化强度的方法，包括下列步骤：测量样品的有效电极面积a，测量积分电容的电容值c；将所述样品置于加压单元中，所述样品分别与所述积分电容和静电计并联连接；用导线将所述积分电容两端短路连接；使所述加压单元进行加压，同时断开所述积分电容两端的短路导线；加压过程中，记录压力值；同时用所述静电计记录所述积分电容两端的电压值v，不断增大压力，直至电压值v基本不变，记录下此时的电压值v；将所述样品的有效电极面积a、所述积分电容的电容值c和所述电压值v代入公式pr=c×v/a，计算得到陶瓷的剩余极化强度。

根据本发明，可通过测量相变铁电陶瓷应力场下的退极化电荷，测得陶瓷的剩余极化强度。

又，在本发明中，也可以是，所述加压单元包括容纳有传压介质的静水压压力试验机，使所述加压单元进行加压的步骤包括设置所述静水压压力试验机的静水压加压范围，启动静水压加压程序。

根据本发明，通过静水压压力试验机向相变铁电陶瓷施加应力，加至超过材料的相变应力，加压过程中通过测量相变铁电陶瓷释放出的电荷，得到其剩余极化强度。

根据下述具体实施方式并参考附图，将更好地理解本发明的上述内容及其它目的、特征和优点。

附图说明

图1示出了根据本发明一实施形态的检测相变铁电陶瓷剩余极化强度的装置的结构示意图；

图2示出了采用图1所示装置及方法测得的相变铁电陶瓷pzt静水压下积分电容测得电压-应力关系曲线；

图3示出了采用图1所示装置及方法测得的相变铁电陶瓷pzt静水压下剩余极化强度-应力关系曲线。

附图标记：

1、样品，

2、积分电容，

3、静电计，

4、传压介质，

5、静水压压力试验机，

6、压力检测单元，

7、a/d转换卡，

8、控制单元。

具体实施方式

以下结合附图和下述实施方式进一步说明本发明，应理解，附图及下述实施方式仅用于说明本发明，而非限制本发明。

为了应对检测铁电陶瓷剩余极化强度的需求，本发明提供了一种检测相变铁电陶瓷剩余极化强度的装置及方法，该装置包括：样品、积分电容、静电计、加压单元、压力检测单元、以及控制单元；所述样品置于所述加压单元中，所述样品分别与所述积分电容和静电计并联连接，所述静电计的控制接口接至所述控制单元，所述压力检测单元置于所述加压单元中，将检测到的压力信号传输给控制单元。

具体地，图1示出了根据本发明一实施形态的检测相变铁电陶瓷剩余极化强度的装置的结构示意图。如图1所示，本实施形态的检测相变铁电陶瓷剩余极化强度的装置包括：样品1、积分电容2、静电计3、容纳有传压介质4的静水压压力试验机5、压力检测单元6、a/d转换卡7以及控制单元8。

样品1置于静水压压力试验机5的传压介质4中，样品1分别与积分电容2和静电计3并联连接，静电计3的控制接口接至控制单元8。压力检测单元6置于传压介质4中，通过a/d转换卡7将检测到的压力信号传输给控制单元8。上述压力检测单元6例如可以是压力传感器等用于检测压力的器件。

利用上述装置实现相变铁电陶瓷剩余极化强度的方法，该方法包括以下步骤：

首先，测量样品1的有效电极面积值a；并测量积分电容2的电容值c。

随后，按图1所示的装置结构示意图连接好整个检测装置，并将样品1置于静水压压力试验机5的传压介质4中。

然后，打开上述装置中的各部件电源，各部件开始工作。

接着，用导线将积分电容2两端短路连接；并设置静水压加压范围，启动静水压加压程序，同时断开积分电容2两端的短路导线。

在加压过程中，记录应力值；同时用静电计3记录积分电容2两端的电压值v，不断增大压力，直至电压值v基本不变，记录下此时的电压值v。

最后，将样品1的有效电极面积a、积分电容2的电容值c和电压值v代入公式pr=c×v/a，计算得到陶瓷的剩余极化强度。

本发明通过静水压压力试验机向相变铁电陶瓷施加应力，加至超过材料的相变应力，加压过程中通过测量相变铁电陶瓷释放出的电荷，得到其剩余极化强度。

本测量装置及方法实现了应力场加载作用下相变铁电陶瓷剩余极化强度的测量。

下面结合优选的具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。

实施例1

按照图1所示的装置结构示意图进行接线，对相变铁电陶瓷样品进行剩余极化强度测量。图2示出了采用图1所示装置及方法测得的相变铁电陶瓷pzt静水压下积分电容测得电压-应力关系曲线；图3示出了采用图1所示装置及方法测得的相变铁电陶瓷pzt静水压下剩余极化强度-应力关系曲线。

测量参数如下：样品有效电极面积281.25mm²，厚度2mm，积分电容的电容值10μf，施加静水压压力范围0~300mpa。测试结果如图2、图3所示。随着静水压压力的增加，样品逐步释放出电荷，不断增大压力，直至积分电容两端电压值v基本不变，此时积分电容两端电压为0.61v。将样品面积281.25mm²，积分电容电容值10μf和电容器两端电压10.3v，代入公式pr=c×v/a，得到剩余极化强度pr为36.6μc/cm²。

测试结果表明：相变铁电陶瓷随施加的静水压压力的增大而逐渐释放电荷，当压力增大至相变压力时，电荷急剧增大，继续增大压力，电荷基本不变。施加的静水压压力超过相变压力后，释放电荷基本保证不变，该基本不变的数值为该样品在应力加载作用下的退极化电荷，从而计算得到剩余极化强度。

最后有必要在此说明的是：以上实施例只用于对本发明的技术方案作进一步详细地说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域的技术人员根据本发明的上述内容作出的一些非本质的改进和调整均属于本发明的保护范围。