根據實(shí)際應用情況,高溫應用對壓電材料的要求有高TC,高壓電常數,高電阻率及良好的機械強度等。
居里溫度
對于高溫應用,壓電材料必須具有高的TC,當溫度超過(guò)TC時(shí),壓電材料的晶格結構將發(fā)生轉變,并失去自發(fā)極化,壓電活性也隨之消失,所以TC為壓電材料應用的理論上限溫度。同時(shí),壓電材料在使用前必須通過(guò)極化工藝使其電疇盡可能的定向排列以獲得良好的壓電,但這種定向排列的電疇熱力學(xué)不穩定,所以有恢復到原始狀態(tài)的趨勢。
當溫度升高時(shí),這一過(guò)程將越來(lái)越明顯,使材料的壓電在高溫下出現明顯老化。因此,壓電材料的實(shí)際使用溫度遠低于材料的TC。
壓電常數壓電常數d(d33、d15等)也是一個(gè)重要參數,它反映了壓電材料在應力作用下產(chǎn)生電荷大小的能力。壓電常數高即意味著(zhù)器件的電荷靈敏度高,相同電荷靈敏度下可減小器件的體積,達到小型化的目的。然而在實(shí)際材料中,高TC。和高壓電常數不可兼得,如圖1所示。
電阻率高電阻率可減小極化過(guò)程中的漏電流,避免材料被高壓擊穿。同時(shí),高電阻率能使壓電材料在應力下產(chǎn)生的電荷維持長(cháng)的時(shí)間以被探測到。電荷可被維持的時(shí)間與RC時(shí)間常數成正比。對于傳感器應用而言,其可以使用的小頻率極限fLL=1/(2πRC)(1)
當低于fLL時(shí),電荷將在被傳感器探測到之前以漏電流的形式流走,通過(guò)提高材料的電阻率來(lái)達到提高RC時(shí)間常數的目的,從而降低fu,擴大傳感器使用的頻率范圍口。
機械強度機械強度也是高溫應用中的一個(gè)問(wèn)題,當壓電傳感器工作于高溫狀態(tài)時(shí),基本處于一定的應力場(chǎng)中。若作為器件核心的壓電材料抗拉伸和剪切能力很弱,當材料各向異性較強時(shí),由于熱膨脹造成較大的剪切應力使陶瓷出現裂紋以致破壞。
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