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    溫度對壓電陶瓷的影響有多大?

    更新時(shí)間: 2018-05-10
     我們經(jīng)常會(huì )遇到客戶(hù)咨詢(xún)壓電陶瓷使用溫度各式各樣的問(wèn)題,壓電陶瓷能耐高溫嗎?低溫環(huán)境陶瓷可以使用嗎?溫度對壓電陶瓷的影響大嗎?那么今天我們就來(lái)說(shuō)一說(shuō)溫度對壓電陶瓷的影響有哪些。

     

    壓電陶瓷材料性能取決于溫度,溫度的變化會(huì )使壓電陶瓷的性能發(fā)生很大的改變,比如:靜電容量和損失因子會(huì )隨著(zhù)溫度的升高而增加,過(guò)高的溫度會(huì )降低性能以及使用壽命。因此溫度是影響實(shí)驗效果非常重要因素,建議使用者在不同的應用環(huán)境下需要將溫度因素考慮進(jìn)入實(shí)驗過(guò)程。

     

    溫度升高會(huì )導致壓電陶瓷的介電常數明顯改變,即靜電容量會(huì )發(fā)生改變,從室溫升高到80℃壓電陶瓷的靜電容量會(huì )增長(cháng)40%左右。

     

    壓電陶瓷的使用溫度范圍?

    這取決于壓電陶瓷材料的居里溫度,我們通常使用的疊堆型壓電陶瓷PSt150系列,居里溫度為155℃,建議安全使用溫度為-25~80℃,對于高壓壓電陶瓷HS/HT材料居里溫度為340℃,建議安全使用溫度為175℃左右。低壓高溫壓電陶瓷可以耐受的溫度為200℃。

    壓電陶瓷的存儲溫度范圍?

    建議存儲溫度在-5~40℃,相對濕度<40%。

    動(dòng)態(tài)操作控制器的選擇:

      動(dòng)態(tài)操作壓電陶瓷時(shí),由于壓電陶瓷伸縮過(guò)程中內部摩擦產(chǎn)生熱量,大約5%-20%的驅動(dòng)電能轉換成壓電陶瓷產(chǎn)生的熱量。
    壓電陶瓷在動(dòng)態(tài)操作的時(shí)候會(huì )產(chǎn)生熱量從而溫度升高,此時(shí)壓電陶瓷的靜電容量也會(huì )隨之升高,因此在選擇配套控制器時(shí),不能單純的按照參數表中常溫測得的靜電容量來(lái)計算所需電流。


     

     

     

    居里溫度:

    壓電陶瓷的居里溫度是磁性轉變的溫度,壓電陶瓷達到居里溫度點(diǎn)后,壓電陶瓷將會(huì )產(chǎn)生*性退極化,越接近壓電陶瓷的居里溫度,壓電陶瓷的性能改變越大,因此在使用壓電陶瓷的過(guò)程中,一定要遠低于居里溫度使用,不高于居里溫度的一半。不同材料壓電陶瓷的居里溫度點(diǎn)不同,一般,低壓疊堆壓電陶瓷的居里溫度點(diǎn)大概是150-200℃,低壓高溫壓電陶瓷的局里溫度點(diǎn)為340℃左右,高壓壓電陶瓷的居里溫度大概是215-340℃。

    熱膨脹系數是多少?

    低溫疊堆共燒壓電陶瓷(在-40~120℃范圍內)的軸向線(xiàn)膨脹系數為負數 -5ppm/℃,高壓壓電陶瓷的線(xiàn)膨脹系數為+2ppm/℃。

    壓電應變能力有的改變嗎?

    壓電陶瓷的應變能力即:位移/電壓 是以d33系數體現在材料參數表里的,與室溫操作相比溫度降低的時(shí)候,應變能力隨之度下降。超低溫操作的時(shí)候,壓電效應大幅度下降。溫度升高對d33的影響取決于所采用的壓電陶瓷材料的居里溫度。軟材料體現一點(diǎn)點(diǎn)壓電效率降低,當升高到80℃的時(shí)候,疊堆壓電陶瓷PSt150/5x5/20 操作電壓在0-150V的時(shí)候,位移大概為19μm, 在室溫條件下,位移大概為20μm。高溫壓電陶瓷材料主要為HS/HT,當溫度升高到100℃的時(shí)候,壓電效能增加5%左右。

    需要高溫環(huán)境下操作壓電陶瓷怎么辦?

    很多應用可能會(huì )在高溫的環(huán)境下操作,這時(shí)候標準的壓電陶瓷已無(wú)法滿(mǎn)足用戶(hù)的需求,只能選擇特殊材料的高溫壓電陶瓷,芯明天可以提供在高溫200℃環(huán)境下使用的疊堆NAC6024系列或XMT系列機械封裝壓電陶瓷,可在150℃溫度環(huán)境下使用。

    需要高動(dòng)態(tài)操作壓電陶瓷,如何降低溫度呢?

    有些需要高頻振動(dòng)比如精密加工、主動(dòng)振動(dòng)控制等應用中,如何控制壓電陶瓷因高頻內部摩擦導致的溫度升高呢? 我們常用的方法主要是外部風(fēng)冷散熱或者采用芯明天的熱穩定及散熱片裝置進(jìn)行快速導熱,從而降低由于高頻生熱而導致的壓電陶瓷損壞的風(fēng)險。選擇芯明天熱穩定裝置,可以使壓電陶瓷的動(dòng)態(tài)功率提高3倍以上。




    壓電陶瓷能耐低溫嗎?

    當然是可以,芯明天可以提供低溫-273℃下使用的壓電陶瓷。但是需要您了解的是低于室溫壓電陶瓷的壓電效應會(huì )隨之降低,壓電陶瓷所能產(chǎn)生的出力與位移大幅降低,在低溫<260K時(shí),大約是每K損失0.4%,在液態(tài)氮的環(huán)境下,壓電陶瓷的位移約為室溫位移的10%左右。 


    我們通常使用的壓電陶瓷為半雙極型壓電陶瓷,即壓電陶瓷可以承受的負壓為zui大正電壓的20%,由于低溫環(huán)境下,壓電陶瓷材料抵抗退極化的能力急劇增加,在超低溫環(huán)境下,可以雙極型驅動(dòng)壓電陶瓷,可以獲得雙倍的位移。比如:PSt150 在低溫77°K,應變能力降低到室溫的20%,但是可以通過(guò)雙極性獲得室溫單極性40%的位移。


     

     

    在超低溫環(huán)境下,需要選擇導熱性更低的錳銅導線(xiàn),從而保持低溫環(huán)境不受影響。
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