压电陶瓷的极化详解VIP专享

压电陶瓷必须经过极化之后才具有压电性能。所谓极化（Po lin g），就是在压电陶瓷上加一强直流电场，使陶瓷中的电畴沿电场方向取向排列，又称人工极化处理，或单畴化处理。 1.极化机理 测试技术与理论分析表明，压电陶瓷的极化机理取决于其内部结构。压电陶瓷是由一颗颗小晶粒无规则地“镶嵌”而成，如图1所示。 每个小晶粒可看为一个小单晶，其中原子（离子）都是有规则（周期性）的排列，形成晶格，晶格又由一个个重复单元—晶胞组成，如图2, 3 所示。 晶粒与晶粒的晶格方向不一定相同，从整体看，仍是混乱、无规则的，如图4所示。因而称其为多晶体。晶胞在一定温度下（T＜Tc），其正负电荷中心不重合，产生自发极化 Ps，极化方向从负电荷中心指向正电荷中心，如图5所示。 为了使压电陶瓷处于能量（静电能与弹性能）最低状态，晶粒中就会出现若干小区域，每个小区域内晶胞自发极化有相同的方向，但邻近区域之间的自发极化方向则不同。自发极化方向一致的区域称为电畴，整块陶瓷包括许多电畴如图 6 所示。 人工极化处理的作用，就是在压电陶瓷上加一足够高的直流电场，并保持一定的温度和时间，迫使其电畴转向，或者说迫使其自发极化作定向排列。图 7示意陶瓷中电畴在极化处理前后的变化情况。 极化前，各晶粒内存在许多自发极化方向不同的电畴，陶瓷内的极化强度为零，如图7（a）所示。极化处理时，晶粒可以形成单畴，自发极化尽量沿外场4方向排列，如图7(b)所示。极化处理后，外电场为零，由于内部回复力（如极化产生的内应力的释放等）作用，各晶粒自发极化只能在一定程度上按原外电场方向取向，陶瓷内的极化强度不再为零，如图7(c)。这种极化强度，称为剩余极化强 2. 极化条件 极化过程进行是否充分，对材料性能影响很大。因此要合理选择极化条件，即极化电场、极化温度和极化时间，简称极化三要素。 （1） 极化电场 只有在极化电场作用下，电畴才能沿电场方向取向排列，所以它是极化条件中的主要因素。极化电场越高，促使电畴排列的作用越大，极化越充分。但不同配方，其高低应该不同。 极化电场大小主要取决于压电陶瓷的矫顽场 Ec。极化电场一定要大于 Ec，才能使电畴转向，沿外场方向排列。一般为 EC 的2-3倍。而 Ec 的大小与陶瓷组成、结构有关。对四方相 PZT 系材料，Ec 随 Zr/Ti 比减小而增大。在三方向区域，Ec 随 Zr/Ti 比的变化不明显。取代物若使材料晶轴比 c/a 减小，90º 畴转动产生内应...