A位等价与非等价取代对(K0.5Na0.5)NbO3陶瓷极化的影响

研究了在铌酸钾钠基陶瓷中,A位等价与非等价取代对陶瓷极化温度和极化电场的影响,结果表明:A位等价取代的陶瓷对极化温度和极化电场没有强烈依赖性,可以使极化足够充分,能有效提高铌酸钾钠基陶瓷的压电性能;相反,A位非等价取代的陶瓷对极化温度和极化电场敏感,容易击穿,极化不充分,限制了铌酸钾钠基陶瓷的压电性能. 关键词： 铌酸钾钠 极化 压电     

随钻声波测井圆弧状压电阵子的有限元分析*

圆弧状压电阵子是随钻声波测井仪发射换能器的核心部件。利用有限元法对圆弧状压电阵子进行了设计分析,结果表明20 kHz以下频率范围内主要存在弯曲振动模态及径向振动模态,且径向振动模态能够满足随钻声波单极测量模式的工作频率要求。针对径向振动模态,数值模拟了几何尺寸对压电阵子声学性能参数的影响。圆弧状压电阵子的谐振频率随着陶瓷片厚度的增大而升高;随着陶瓷片高度、半径及张开角的增大而降低。圆弧状压电阵子的最大发射电压级幅值随着陶瓷片厚度、张开角的增大而降低;随着半径的增大而升高;随着陶瓷片高度的增大,最大发射电压级幅值先升高后逐渐降低。以外径为6.75 in的钻铤为例,最优化设计了圆弧状压电阵子的尺寸,使其满足钻铤模式波隔声阻带中心频率的要求,同时保证了压电阵子具有最大发射电压级。数值模拟结果可以对随钻声波测井仪发射换能器设计起到良好的指导作用。     

铁电体电子发射特性的实验

铁电体在高压脉冲或者激光脉冲的激励下发射电子。铁电体的极化方向处在预极化(通过外部的条件，改变畴方向，使畴沿着一定的方向)方向，正、负束缚电荷等量的分布于与极矩相对的两表面上，这些电荷与外部空间的粉尘等所带的电荷中和，宏观上不表现出带电性；在负的束缚电荷聚集的表面加负高压脉冲，这时负的束缚电荷与负的自由电荷互相排斥，电荷与负的自由电相排斥，使畴的极化方向发生反转。反转后负的束缚电荷与岁的自由电荷之间形成很强的电场，可以达到GV／cm，在这一强电场作用下，负的自由电荷被排斥，离开铁电体表面，形成电子发射。     

极化状态与方向对单轴压缩下Pb(Zr_(0.95)Ti_(0.05))O_3铁电陶瓷畴变与相变行为的影响

利用数字图像相关性分析方法发展了全场应变光学测量技术,并原位实时测量了准静态单轴压缩下铁电PZT95/5陶瓷试件的轴向应变和横向应变.基于轴向应变、横向应变随着轴向应力的变化关系,讨论了极化状态和极化方向对PZT95/5铁电陶瓷的畴变与相变行为的影响.实验结果显示:单轴压缩下,未极化和Z轴极化PZT95/5铁电陶瓷都会发生畴变,而Y轴极化PZT95/5铁电陶瓷则不发生畴变;畴变促使Z轴极化PZT95/5铁电陶瓷的轴向应变和横向应变同时快速地增长,而对未极化PZT95/5铁电陶瓷的应变增长的影响非常微弱,这种差异性归因于电畴极轴不同的取向分布特征;通过应变分解分析,验证了畴变与相变过程是解耦的,并界定了畴变应变和相变应变的影响范围;与Z轴极化PZT95/5铁电陶瓷相比,未极化PZT95/5铁电陶瓷的相变开始临界应力和相变结束应力减小,而Y轴极化PZT95/5铁电陶瓷则明显增大,由此推论畴变对相变有一定促进作用.基于放电特性的实测结果,还讨论了极化方向对极化PZT95/5铁电陶瓷去极化机理的影响.实验结果显示:Z轴极化PZT95/5铁电陶瓷去极化机理是畴变和相变的共同作用,其中畴变占主导地位,而Y轴极化PZT95/5铁电陶瓷的去极化机理仅是相变.     

降低发射型压电陶瓷强场介电损耗的一种简易方法——γ射线辐照

本文讨论压电陶瓷强场介电损耗的老化和大功率压电陶瓷极化后的处理问题,以明确强场介电损耗随时间的变化规律和寻找降低强场介电损耗的简易方法.实验结果表明压电陶瓷强场介电损耗随时间延长不断降低,其变化幅度比同温度下其它性能的变化幅度大得多;经r射线辐射后可以降低压电陶瓷的强场介电损耗.     

压电陶瓷振子的谐振频率温度稳定性分析

本文由压电陶瓷中铁电畴极化取向的程度以及绝热条件下的压电方程组出发,推导出压电陶瓷振子谐振频率温度系数T_kf以晶格热膨胀系数、剩余极化强度等为变量的表达式。用“纯”Pb(Zr_xTi_1-x)O₃(锆钛酸铅)的实验数据代入表达式计算,得到准同型相界附近组成的T_kf对Zr/Ti的关系曲线,与实验结果较好地符合。由本文的结论,成功地解释了极化工艺及热处理工艺对T_kf的影响,并讨论了改善压电陶瓷的频率温度稳定性的可能途径。     

LCR分流电路下压电声子晶体智能材料的带隙

将带有LCR分流电路的压电陶瓷片对贴在铝和环氧树脂组成的声子晶体结构中.使智能材料的机械振动与压电陶瓷的压电效应耦合起来,推导出机械振动在压电陶瓷片上的等效附加应力;使LCR分流电路中的电磁振荡效应和声子晶体的能带特性有机结合,计算了在分流电路作用下智能材料扭转和弯曲振动的带隙特性,研究了电阻、电感、电容元件的改变对压电声子晶体智能材料带隙的影响.研究结果表明:在合理尺寸下,随着分流电路中电阻值的增大,带隙的频率范围变宽,但衰减幅值有所降低;电感和电容值的增大都可以使带隙向低频移动,带隙的衰减幅值随着电感值的增大而升高,但随着电容值的增大而降低.从而给压电声子晶体智能材料减震降噪的控制提供了一种新思路.     

(Pb0.85Sm0.10)(Ti0.98Mn0.02)O3压电陶瓷超高各向异性机电耦合性能的X射线衍射研究

本文用X射线衍射技术研究了具有典型超高各向异性机电耦合性能的Sm改性PbTiO₃压电陶瓷。通过引入面网取向密度指数ρ_(hkl)和建立90°电畴转向畴壁平移模型,就改性PbTiO₃陶瓷圆片经不同电压极化后材料内部电畴结构变化作了定量的分析与讨论。结果表明,在改性PbTiO₃陶瓷结构中,90°畴壁空间取向分布具有高度的择优性;极化处理使材料中90°电畴壁显著平移,但其取向分布变化甚少;材料的纵向机电耦合系数K_t与(002)面网取向密度指数增量△ρ₍₀₀₂₎具有基本平行的电场依赖关系。 关键词：     

基于2-2型压电复合材料的新型宽频带径向振动超声换能器

本文提出了一种基于2-2型压电复合材料的新型宽频带径向振动超声换能器,它主要由内金属圆环和外压电陶瓷复合材料圆环组成.首先利用Newnham串并联理论和均匀场理论推导了2-2型压电复合材料的等效参数;其次利用解析法得到了金属圆环和径向极化压电复合陶瓷圆环径向振动的机电等效电路;最后得到了换能器的六端机电等效电路,从而得到了换能器的频率方程.接着分析了换能器共振频率和反共振频率以及有效机电耦合系数与几何尺寸、两相体积占比的关系,采用仿真软件对新型换能器的径向振动进行了数值模拟.结果表明,利用解析法得到的共振频率和反共振频率与数值模拟结果吻合较好.此外,对换能器在水下的辐射声场进行了仿真研究,结果表明新型复合材料径向换能器相比传统纯陶瓷径向换能器,发射电压响应幅值更大,工作带宽提高接近一倍,声匹配更佳.     

一种光纤F-P声发射传感器的设计与实现

为克服压电陶瓷传感器易受电磁干扰、不能实现长期实时检测的缺点,提出了光纤非本征F-P结构测量声发射信号的思想.对光纤非本征F-P腔声发射测量原理进行分析,提出了双波长的稳定方法,并进行了结构参量的优化设计,确定了合适的反射比、波长及F-P腔长.理论分析和实验结果表明：所设计的非本征F-P光纤声发射传感器具有良好的敏感性和高分辨率.     

(Pb_(0.85)Sm_(0.10))(Ti_(0.98)Mn_(0.02))O_3压电陶瓷超高各向异性机电耦合性能的X射线衍射研究

本文用X射线衍射技术研究了具有典型超高各向异性机电耦合性能的Sm改性PbTiO_3压电陶瓷。通过引入面网取向密度指数ρ_(hkl)和建立90°电畴转向畴壁平移模型,就改性PbTiO_3陶瓷圆片经不同电压极化后材料内部电畴结构变化作了定量的分析与讨论。结果表明,在改性PbTiO_3陶瓷结构中,90°畴壁空间取向分布具有高度的择优性;极化处理使材料中90°电畴壁显著平移,但其取向分布变化甚少;材料的纵向机电耦合系数K_1与(002)面网取向密度指数增量△ρ_(002)具有基本平行的电场依赖关系。     

聚四氟乙烯多孔膜的压电活性及其稳定性

研究了经单向机械拉伸形成的非极性空间电荷型薄膜驻极体聚四氟乙烯(PTFE)多孔膜的压电性.讨论了由PTFE多孔膜和非多孔的聚合物薄膜（PTFE，聚酰亚胺PI，氟化乙丙烯共聚物FEP 和聚三氟氯乙烯PCTFE）组成的双层膜的突出压电活性.初步研究结果指出：在优化的极化条 件下形成的上述双层压电膜以外电极测量的准静态压电d₃₃常数可达186 pC/N， 这个数值与压电陶瓷锆钛酸铅PZT的相应常数接近，而比铁电聚合物聚偏氟乙烯(PVDF)的相 应常数约高出一个数量级.还研究了这类柔性多孔膜 关键词： 聚四氟乙烯多孔膜 压电性 空间电荷驻极体 充电参数 压电活性的热稳定性     

压电管堆式宽带换能器*

研究了一种具有管状叠堆结构的圆管换能器,其敏感元件是由纵向极化压电陶瓷单元组成的薄壁管状压电叠堆,探讨利用管状叠堆纵向和径向振动耦合实现宽带发射。利用压电柱壳振动理论推导了管堆的频率方程,分析了换能器的纵向和径向模态的振动耦合特性。在理论分析的基础上利用有限元方法对换能器的带宽和发射电压响应进行优化并研制换能器样机。测试结果表明,纵向极化的管状压电叠堆结构具有良好的发射电压响应和宽带特性,与理论及仿真结果相符。     

基于虚拟仪器的压电陶瓷驱动技术研究

针对压电陶瓷驱动器的非线性应变,以压电陶瓷微位移驱动原理为基础,分析了扫频激光器腔长控制原理;在硬件时钟的定时下,分析了压电陶瓷的驱动特性,并通过调整驱动信号的步长电压来调节压电陶瓷的非线性。设计了基于虚拟仪器的控制系统,并对线性化方法进行了原理分析和实验。实验结果表明,该测量系统可以使压电陶瓷在其伸长范围内线性地伸长。     

压电陶瓷的高温极化

极化处理是制作压电陶瓷器件的关键工艺之一．本文报告了压电陶瓷在居里点以上开始加电场的高温极化工艺和极化后样品主要性能的测试结果．对高温极化工艺与普通极化工艺的结果进行了比较;讨论了两种不同的极化工艺的优缺点．     

Al2O3陶瓷涂层尖端受载下的声发射信号参量分析

为了考察再制造零件涂层结合强度检测仪评价涂层结合强度的可行性,以Al₂O₃陶瓷涂层为研究对象,在涂层表面进行压入试验,提取并分析了试验过程中声发射信号中的幅度、计数、能量与有效值电压(RMS)特性参数的时间分布曲线,读取了声发射信号突变点的波形,观测了压痕处涂层截面微观形貌。结果表明,声发射信号出现明显突变时,涂层界面确实产生了开裂失效。采用此检测设备可以有效诱导、界定涂层界面的断裂失效,声发射信号可以作为涂层开裂的临界判据,其中幅度的时间分布更能体现出Al₂O₃陶瓷涂层在压入过程中的裂纹萌生至涂层断裂的扩展过程;能量值对涂层的失效更为敏感,最为适合评价涂层的结合强度。      

压电陶瓷大元件的一种极化方法

超声、水声等领域中,经常需要较大尺寸的发射型压电陶瓷元件(如外径100毫米以上、壁厚8毫米左右、高度50毫米左右的圆管).在制备时,以往一直存在成品率不高、机电性能较低、一致性差等问题.本文从极化工艺考虑,提出降温升(电)压的具体方法,取得了一定的效果.陶瓷元件加上电压之后,在降温升压过程中,使所加的电场与矫顽场之差保持不变,即:ΔE=E-Ec,E为所加的电场,Ec为矫顽场,使ΔE在降温过程中保持常数.我们将这种方法称为等(电)压差极化法.对于一定的材料,只要选择合适的ΔE,就能使压电陶瓷在极化过程中既不易击穿,又能得到充分极化.     

对压电陶瓷极化特性的研究

根据研究模型首先得出压电陶瓷极化特性的理论推测,然后使用DP-5型介电谱仪,测量由压电陶瓷材料制作的蜂鸣器。实验测出压电陶瓷的极化方式与极化率和外场频率有关,随着频率的增加,压电陶瓷的离子位移极化率、电介质分子取向极化的极化率将减小,最终表现为相对介电常数减小。实验结果与理论猜测吻合。     

压电陶瓷发射换能器的Butterworth匹配定理

提出并证明了压电陶瓷发射换能器的Butterworth匹配定理。定理的显公式形式使复杂的宽带匹配问题变成为简单的算术问题．举例说明经过匹配之后,换能器带宽明显提高,而功率增益却接近于1。     

轴向极化压电陶瓷圆片的自由振动低阶振动方式分析

本文利用解微分方程二点边值问题的伴随法,对应力自由边界条件下的轴向极化压电陶瓷圆片振子的压电运动方程进行了数值积分。求出了厚度与直径比小于0.45的振子在厚度方向运动影响下的低阶径向模的谐振频率及质点位移分布图象。给出了基频的厚度影响修正曲线及与泊松比有关的泛音比曲线。 本文的数值计算全面考虑了压电性的作用,未对振子尺度作任何限制.实验结果与计算结果很好相符。