關(guān)于PZT-JH系列的一種壓電極化裝置工作原理的動(dòng)態(tài)

  一、技術(shù)前沿： 

壓電陶瓷作為機(jī)械性能和電性能互相轉(zhuǎn)換的功能性材料，被廣泛應(yīng)用與通訊、測(cè)量、生物、航天等各個(gè)領(lǐng)域。對(duì)于材料專業(yè)的專業(yè)來說，壓電材料綜合實(shí)驗(yàn)是比較好的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，就實(shí)驗(yàn)內(nèi)容來說，該實(shí)驗(yàn)可以掌握陶瓷類設(shè)計(jì)配比燒結(jié)的全部過程，其性能也包括了材料中常用的介電常數(shù)、損耗（JKZC-YDZK03型壓電阻抗分析儀可以獲得）、電滯回線（ZT-4A鐵電測(cè)試儀獲得）等內(nèi)容，并且該實(shí)驗(yàn)使用儀器簡(jiǎn)單，制備過程只需要高溫爐，性能檢測(cè)主要部分d33(ZJ-3型壓電系數(shù)D33測(cè)試儀獲得）、機(jī)電耦合系數(shù)、介電常數(shù)、損耗所用的d33測(cè)定儀、壓電阻抗分析儀、。但是壓電材料從制備到性能測(cè)試中間有一的步驟-極化，極化后的壓電陶瓷才能使材料中的電疇保持同一方向，從而使陶瓷具有宏觀壓電性以進(jìn)行性能測(cè)試或者使用。根據(jù)極化的條件，需要壓電極化設(shè)備具有可加熱至200℃并以進(jìn)行溫度測(cè)量、可以多樣品同時(shí)極化、更換樣品方便，最重要的是，極化一般都需要幾千伏的電壓，而目前市場(chǎng)上并的可供實(shí)驗(yàn)室使用的極化設(shè)備主要是PZT-JH系列。

二、儀器的原理內(nèi)容
主要目的：在于解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，提供一種極化試驗(yàn)過程中可靠的極化裝置。
方案實(shí)施：
1、一種壓電極化裝置，包括：高壓電源、多通道電流測(cè)量裝置、極化夾具、加熱裝置、控溫裝置、安全防護(hù)裝置；
2、高壓電源與極化夾具連接用于極化夾具上固定的試樣；
3、多通道電流測(cè)量裝置與極化夾具連接用于測(cè)量極化夾具中各個(gè)極化支路的
電流；
4、加熱裝置用于為極化夾具加熱；
5、安全防護(hù)裝置與高壓電源串聯(lián)，用于控制高壓電源的通斷。
6、 進(jìn)一步地，如上所述的壓電極化裝置，所述安全防護(hù)裝置為一個(gè)門控開關(guān)，所述門控開關(guān)包括行程開關(guān)SQ和接觸器KM。
7、進(jìn)一步地，如上所述的壓電極化裝置，所述極化夾具包括：黃銅底板、上木板、設(shè)置在黃銅底板與上木板之間的銅棒；所述銅棒包括設(shè)置在黃銅底板四個(gè)角的支撐銅棒以及設(shè)置在四個(gè)支撐銅棒之間的若干夾具銅棒；所述夾具銅棒的上端設(shè)置有用于固定試樣的彈簧；
8、多通道電流測(cè)量裝置與所述若干夾具銅棒分別連接；
9、多通道電流測(cè)量裝置為與夾具銅棒連接的微安表。
10、如上所述的壓電極化裝置，所述加熱裝置為將極化夾具浸泡在其中的
油浴裝置，所述油浴裝置中采用二甲基硅油作為加熱油浴。
11、為什么要對(duì)壓力陶瓷進(jìn)行高溫高壓極化原理探討：
電疇方向與外加電場(chǎng)一致，此后陶壓電陶瓷作為壓電材料，具有壓電效應(yīng)
及逆壓電效應(yīng)，可以完成電能和機(jī)械能的相互轉(zhuǎn)化。但是沒有極化過的壓電陶瓷，其內(nèi)部的電疇排布方向是散亂沒有規(guī)律的，陶瓷整體并不表現(xiàn)出壓電性。壓電陶瓷在測(cè)試、使用前，必須預(yù)先給陶瓷加上電場(chǎng)，使得各個(gè)電瓷即表現(xiàn)出壓電性，可以作為壓電材料使用。極化的電場(chǎng)需要超過壓電陶瓷的矯頑電場(chǎng)，一般的壓電陶瓷材料，需要的極化電場(chǎng)為3000-7000V/mm，而有時(shí)為了達(dá)到更好的極化效果，同時(shí)避免極化電壓太高，需要對(duì)在極化的同時(shí)對(duì)樣品進(jìn)行加熱。
12、對(duì)于一般性壓電陶瓷材料電壓如何設(shè)置電壓的問題。
極化系統(tǒng)中高壓電源采用成品的高壓電源，可輸出10000V直流電壓，溫控系統(tǒng)利用恒溫油浴實(shí)現(xiàn)，因?yàn)闃O化時(shí)電壓較高，大于空氣的擊穿強(qiáng)度(大約2000V/mm)，所以極化過程樣品及夾具需要浸泡的絕緣油中，同時(shí)可使用恒溫油浴實(shí)現(xiàn)極化的溫度測(cè)量控制。對(duì)于壓電陶瓷極化來說，因其常用極化電壓可以達(dá)到3000-7000V，所以安全措是使用的前提。對(duì)于極化設(shè)備的安全措施，首先整套極化裝置放置于8mm厚的絕緣墊上；其次，裸露的低壓金屬部分都要進(jìn)行接地處理；考慮到夾具需要在油浴中加熱，高壓部分難以絕緣遮擋，本發(fā)明使用門控開關(guān)來控制高壓電源的通斷。所述加熱裝置為將極化夾具浸泡在其中的油浴裝置，所述油浴裝置中采用二甲基硅油作為加熱油浴。