一种压电陶瓷材料空气极化方法
【专利摘要】一种压电陶瓷材料空气极化方法，属于压电陶瓷材料极化方法，合理选择极化条件，即极化电场、极化温度和极化时间，充分发挥压电性能，提高成品率和节省时间，该方法由于不用绝缘油，操作简单，且极化后的制品不用清洗，因而成本低。
【专利说明】一种压电陶瓷材料空气极化方法
【技术领域】
[0001]本发明属于压电陶瓷材料极化方法，特别是一种压电陶瓷材料空气极化方法。
【背景技术】
[0002]空气极化过程进行是否充分，对材料性能影响很大。因此要合理选择极化条件，即极化电场、极化温度和极化时间，简称极化三要素。只有在极化电场作用下，电畴才能沿电场方向取向排列，所以它是极化条件中的主要因素。极化电场越高，促使电畴排列的作用越大，极化越充分。但不同配方，其高低应该不同。极化电场大小主要取决于压电陶瓷的矫顽场EC。极化电场一定要大于EC，才能使电畴转向，沿外场方向排列。一般为EC的2-3倍。而EC的大小与陶瓷组成、结构有关。对四方相PZT系材料，EC随Zr/Ti比减小而增大。在三方向区域，EC随Zr/Ti比的变化不明显。取代物若使材料晶轴比c/a减小，90°畴转动产生内应力小，转动容易，EC降低。软性添加物使EC降低，硬性添加物使EC提高。EC还随温度的升高而降低。因此若极化温度升高，则极化电场可以相应降低。极化电场还受到陶瓷的击穿强度Eb的限制。一旦极化电场达到Eb大小，陶瓷击穿后就成为废品。Eb因制品存在气孔、裂纹及成份不均匀而急剧下降。因此，前期制备工序必须保证制品的致密度和均匀性。Eb大小也与陶瓷样品极化厚度有关，其关系大致符合公式Eb =27.2t0.39式中Eb为击穿电(kV/cm);t为厚度(cm)。因此，较厚的制品，极化电场因相应降低，且通过调高极化温度，延长极化时间达到好的极化效果。结晶各向异性随温度升高而降低，电畴转向的内应力变小，即阻力小，所以空气极化较容易。电滞回线随温度升高变窄，即矫顽场变小，实际上也是使畴运动更易进行。空间电荷效应随温度升高而减弱。有些杂质使制品中出现大量空间电荷，从而产生很强的空间电荷场，对外加极化电场有屏蔽作用，不利于极化。而温度升高，制品电导率增加，使空间电荷易于迀移，减少积聚，空间电荷场的屏蔽作用就减小，利于极化。极化温度与材料组成有关。有的材料综合反映压电性能的机电耦合系数kp值基本不受极化温度影响，可以在较低温度下极化，如含软性添加物的PZT系。有的材料要求在较高温度下极化，才能有较大kp，如含硬性添加物的PZT系。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是优化出最佳空气极化条件，充分发挥压电性能，提高成品率和节省时间。
[0004]本发明的技术方案是实用PZT系列材料EC 0.6-1.6Kv/mm范围内，极化电场为1.5-5kV/mm。极化温度在极化电场和极化时间一定的条件下，极化温度高时，电畴取向排列较易，极化效果较好。实践选择极化温度时，都以温度高些为好，极化温度100-180°C。时间长，电畴转向排列充分，并有利于极化过程中应力的弛豫。极化时间对不同材料是不同的。对于同一种材料，极化时间与极化电场、极化温度有关。电场强、温度高，则所需极化时间短；反之，所需极化时间就长。实际极化时间20-25min为宜。
[0005]本发明的有益效果是空气极化法是以空气为绝缘媒质，以一定的极化条件对制品进行极化的方法。该方法由于不用绝缘油，操作简单，且极化后的制品不用清洗，因而成本低。
【具体实施方式】
[0006]实施例1
实用PZT系列材料EC 0.6-1.6Kv/mm范围内，极化电场为1.5/mm。极化温度在极化电场和极化时间一定的条件下，极化温度高时，电畴取向排列较易，极化效果较好。实践选择极化温度时，都以温度高些为好，极化温度为100°C。时间长，电畴转向排列充分，并有利于极化过程中应力的弛豫。极化时间对不同材料是不同的。对于同一种材料，极化时间与极化电场、极化温度有关。电场强、温度高，则所需极化时间短；反之，所需极化时间就长。实际极化时间20min为宜。
[0007]实施例2
实用PZT系列材料EC 0.6-1.6Kv/mm范围内，极化电场为3kV/mm。极化温度在极化电场和极化时间一定的条件下，极化温度高时，电畴取向排列较易，极化效果较好。实践选择极化温度时，都以温度高些为好，极化温度为150°C。时间长，电畴转向排列充分，并有利于极化过程中应力的弛豫。极化时间对不同材料是不同的。对于同一种材料，极化时间与极化电场、极化温度有关。电场强、温度高，则所需极化时间短；反之，所需极化时间就长。实际极化时间23min为宜。
[0008]实施例3
实用PZT系列材料EC 0.6-1.6Kv/mm范围内，极化电场为5kV/mm。极化温度在极化电场和极化时间一定的条件下，极化温度高时，电畴取向排列较易，极化效果较好。实践选择极化温度时，都以温度高些为好，极化温度为180°C。时间长，电畴转向排列充分，并有利于极化过程中应力的弛豫。极化时间对不同材料是不同的。对于同一种材料，极化时间与极化电场、极化温度有关。电场强、温度高，则所需极化时间短；反之，所需极化时间就长。实际极化时间25min为宜。
【权利要求】
1.一种压电陶瓷材料空气极化方法，其特征在于是实用PZT系列材料EC 0.6-1.6Kv/mm范围内，极化电场为1.5_5kV/mm，极化温度100_180°C，极化时间20_25min。
【文档编号】C04B41/80GK104446651SQ201410653406
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年11月18日 优先权日:2014年11月18日
【发明者】黄翔 申请人:江苏神光电子有限公司