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溫度對壓電陶瓷的影響有多大?

更新時間: 2018-05-10
 我們經(jīng)常會遇到客戶咨詢壓電陶瓷使用溫度各式各樣的問題,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?那么今天我們就來說一說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隨著溫度的升高而增加,過高的溫度會降低性能以及使用壽命。因此溫度是影響實驗效果非常重要因素,建議使用者在不同的應(yīng)用環(huán)境下需要將溫度因素考慮進入實驗過程。

 

溫度升高會導(dǎo)致壓電陶瓷的介電常數(shù)明顯改變,即靜電容量會發(fā)生改變,從室溫升高到80℃壓電陶瓷的靜電容量會增長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%。

動態(tài)操作控制器的選擇:

  動態(tài)操作壓電陶瓷時,由于壓電陶瓷伸縮過程中內(nèi)部摩擦產(chǎn)生熱量,大約5%-20%的驅(qū)動電能轉(zhuǎn)換成壓電陶瓷產(chǎn)生的熱量。
壓電陶瓷在動態(tài)操作的時候會產(chǎn)生熱量從而溫度升高,此時壓電陶瓷的靜電容量也會隨之升高,因此在選擇配套控制器時,不能單純的按照參數(shù)表中常溫測得的靜電容量來計算所需電流。


 

 

 

居里溫度:

壓電陶瓷的居里溫度是磁性轉(zhuǎn)變的溫度,壓電陶瓷達到居里溫度點后,壓電陶瓷將會產(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不同,一般,低壓疊堆壓電陶瓷的居里溫度點大概是150-200℃,低壓高溫壓電陶瓷的局里溫度點為340℃左右,高壓壓電陶瓷的居里溫度大概是215-340℃。

熱膨脹系數(shù)是多少?

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

壓電應(yīng)變能力有的改變嗎?

壓電陶瓷的應(yīng)變能力即:位移/電壓 是以d33系數(shù)體現(xiàn)在材料參數(shù)表里的,與室溫操作相比溫度降低的時候,應(yīng)變能力隨之度下降。超低溫操作的時候,壓電效應(yīng)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(xiàn)一點點壓電效率降低,當(dāng)升高到80℃的時候,疊堆壓電陶瓷PSt150/5x5/20 操作電壓在0-150V的時候,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(dāng)溫度升高到100℃的時候,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(yīng)用可能會在高溫的環(huán)境下操作,這時候標準的壓電陶瓷已無法滿足用戶的需求,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。

需要高動態(tài)操作壓電陶瓷,如何降低溫度呢?

有些需要高頻振動比如精密加工、主動振動控制等應(yīng)用中,如何控制壓電陶瓷因高頻內(nèi)部摩擦導(dǎo)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(wěn)定及散熱片裝置進行快速導(dǎo)熱,從而降低由于高頻生熱而導(dǎo)致的壓電陶瓷損壞的風(fēng)險。選擇芯明天熱穩(wěn)定裝置,可以使壓電陶瓷的動態(tài)功率提高3倍以上。




壓電陶瓷能耐低溫嗎?

當(dāng)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(yīng)會隨之降低,壓電陶瓷所能產(chǎn)生的出力與位移大幅降低,在低溫<260K時,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(qū)動壓電陶瓷,可以獲得雙倍的位移。比如:PSt150 在低溫77°K,應(yīng)變能力降低到室溫的20%,但是可以通過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(dǎo)熱性更低的錳銅導(dǎo)線,從而保持低溫環(huán)境不受影響。
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