压电陶瓷性能的老化与改善途径 1 压电陶瓷性能老化的定义、规律及重要性 极化处理后的压电陶瓷性能随存放时间的延长而变化的现象,称为其性能的老化(ageing)
压电陶瓷放置的时间越长,总的变化量越大,但变化的速度会逐渐减缓
这个变化是不可逆的,除非其受到新的激励和干扰(如重新人工极化处理等),否则不会再具有原来水平的性能
一般规律是:介电常数、介电损耗、压电常数、弹性柔顺系数都变小;而频率常数、机械品质因数值变大
而发现这些性能参数的变化基本上与时间的对数呈线性关系,即 111( )( )lg( )y ty ttAy tt (1) 式中 y 代表陶瓷材料的性能参数,y (t1)是极化处理以后单位时间 t1(例如 1 天等)测得的该参数的值,y (t)是极化以后经过t 时间(例如 100 天等)后测得的值;t1 及 t 以天数或小时数表示
A 为常数,称为老化率
若取以 10 为底的对数,求得的 A 称为十倍时间老化率
显然,∣A∣越小,材料的稳定性就越好
图 1 表示了 BaTiO3 压电陶瓷性能参数的老化情况(以时间对数作横坐标的半对数作图)
可以看出随着时间的延长,变化趋缓
A 代表图线的斜率
A>0,表示该参数随时间变大;A<0,表示该参数随时间变小
图 1 典型的 BaTiO3 压电陶瓷性能参数的经时变化 实验研究表明,A 的典型数值,对于谐振频率常数,在 0
05%至 1
5%之间,对于压电耦合系数与介电系数,A 值在-0
5%至-5%范围内
介电损耗的 A 为高负值,机械品质因数的 A 为较高的正值
必须指出,式(1)只是一个近似公式
事实上,A 不是常数,否则按(1)式的变化规律,在足够长的时间以后,参数值趋向零或无穷大,而实际情况并不是这样
图 2 为代表性 PZT 压电陶瓷性能参数的老化情况
可以看出,各项参数的老化率 A 随时间有小的变化,半对数