Способ поляризации пьезоэлементов на сегнетокерамики

О П И С А Н И Е (и,788231ИЗОБРЕТЕН ИЯ Союз СсаетскихСоциалистическихРеспублик К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(23) Приоритет Опубликовано151 2 ВО. Б 1 оллетень %46 до делан изобретений и открытий. -".",;. .,;- Й 3Ростовский ордена Трудового Красноге Знаменигосударственный университет(54) СПОСОБ ПОЛЯРИЗАЦИИ ПЬЕЗОЭЛЕМЕНТОВ ИЗ СЕГНЕТОКЕРАМИКИ Изобретение относится к производству пьезокерамических преобразователей, в частности к поляризации пьезоэлементов из сегнетокерамики.Известны способы поляризации пьезоэлементов из сегнетокерамики, основной особенностью которых является воздействие постоянного поляризующего электрического поля при повышенной температуре, необходимой для понижения коэрцитивной силы сегнетокерамики с целью повышения эффективности процесса поляризации 1 и 2Однако после поляризации по этим способам пьезоэлементы охлаждаются до нормальной температуры, в результа 15 те чего в них создаются высокие электрические и ,механические поля деполяризации, приводящие к интенсивному старению материала,сопровождающе 20 МУСЯ ИЗМЕНЕНИЕМ ВСЕХ ЕГО ОСНОВНЫХ 1/ параметров: электрической емкостиС , коэффициента электромеханической связи Кр , пьезомодуля 01 Ъ 1, модуля упРХ-,2гости Е, , скорости звука С б, которое может достигать 10-157 о,Наиболее близким к изобретению является способ т 1 оляризации пьезоэлементов из сегнетокерамики путем воздействия на них постоянного электрическогонапряжения и температуры, согласно которому пьезоэлементы из сегнетокерамики пометпают в полисилоксановую .жидкость и разогревают до температуры140-180 С, при которой цоляризуют вОтечение 2 ч под действием электрического поля напряженностью до 30 квесмф,После завершения поляризации пьезоэлементы охлаждают до нормальной температуры и согласно ГОСТ 12370-72и ГОСТ 13927-74 выдерживают в нормальных условиях в течение 7 сутдля их естествейного старения. Далеепроводятся измерения необходимых параметров, маркировка, упаковка и т.д. Процесс естественного старения можно ускорить температурной обработкой до150-200 С, ниже температуры фазового0788 5 10 15 20 25 зо 35 4 О 45 55 перехода в неполярную кубическую фазу.Это значительно уменьшает время старения, однако после температурной,обработки наблюдается существенное снижение пьезоактивности элементов 13.Однако стадия естественного или искусственного старения является обязательной в технологическом процессе данного способа производства пьезокерамики,что, с одной стороны, усложняет процесс,с другой - не обеспечивает, тем не менее,достаточной стабильности параметров пьезоэлементов во времени.Целью изобретения является повышениестабильности основных параметров пьезоэлементов во времени и сокращениетехнологического процесса их производства.Поставленная цель достигается тем,что в способе поляризации пьезоэлементов из сегнетокервмики путем воздействия на них постоянного электрическогонапряжения и температуры, нв пьезоэлементы при нормальной температуре подаютмаксимальное электрическое напряжение,не превышающее пробивное, затем охлаждают путем,помещения в криогенную жидкость, повышают напряжение до максимальной величины, не превышающей пробивного в этих условиях, и поляризуютдо прекращения протекания через пьезоэлементы тока переполяризации.Способ поляризации пьезоэлементовиз сегнетокервмики осуществляютсяследующим образом,На пьезоэлемент, установленный вофторопластовый держатель, подают максимально возможное для окружающеговоздуха и конкретной формы пьезоэлемента электрическое напряжение, не превышающее пробивное, после чего охлаждают, помещая его в криогенную жидкость, например жидкий азот. По прекращению кипения криогенной жидкости,омывающей пьезоэлемент, что означаетуравнивание температур пьезоэлементаи криогенной жидкости, поляризующеенапряжение опять повышают до максимальной величины, не превышающей пробивное напряжение для криогенной жидкости и конкретной формы пьезоэлемента. Длительность процесса поляризациив криогенной жидкости устанавливаетсяпо величине тока переполяризации, протекающего через пьезоэлемент. Уменьшение величины тока до нуля означает завершение процесса поляризации, длящегося от 1 до 5-6 мин для известных промышленных составов пьезокерамики. 14Далее электрическое напряжение с пьезоэлемента снимается, он извлекается из криогенной жидкости и нагревается до нормальной температуры.Повышение стабильности параметров пьезоэлементов достигается за счет того, что в процессе поляризации по предлагаемому способу не принимают участия 90-градусные домены с более высокими коэрцитивными силами, которые при поляризации известными способами несут ответственность за нестабильность параметров во времени. После поляризации пьезоэлементы не охлаждаются, а нагреваются до нормальной температуры. Это вызывает образование минимальных остаточных механических напряжений по сравнению с горячими способами поляризации, что позволяет сразу после поляризации подучить параметры пьезоэлементов такие же, какие были получены лишь через год естественного старения пьезоэлементов, поляризованных при повышенной температуре, Упрощение технологии происходит за счет исключения операции естественного старения (7 сут после поляризации), или искусственного старения путем прогрева до 150-200 Со в течение 2 ч.Применение предлагаемого способа поляризации пьезоэлементов из сегнетокерамики позволяет существенно повысить стабильность основных параметров материала во времени. Как показывают полученные при проверке эффективности способа поляризации данные, сразу после поляризации по предлагаемому способу параметры пьезокерамики имеют значения такие же, как после года естественного старения при поляризации по известному способу. Способ может быть использован при производстве пьезокерамических преобразователей различного назначения, особенно в случае предъяв ления к ним высоких требований по временной стабильности параметров.Формула изобретенияСпособ поляризации пьезоэлементов из сегнетокервмики путем воздействия на них постоянного электрического напряже ния и температуры, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения стабильности основных параметров пьезоэлементов во времени и сокращения технологического процесса их производства, иа5 78823 пьезоэлементы при нормальной температуре подают максимальное электрическое напряжение, не превышающее пробивное, затем охлаждают путем помещения в криогенную жидкость, повышают напряже-ние до максимальной величины, не превышающей пробивного в этих условиях, и поляризуют до прекращения протекания через пьезоэлементы тока переполяризации е 1 6Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССР(прототип, Составитель Б, БаевРедактор Ю. Петрушко, Техред Н,Ковалева Корректор И, МускаЗаказ 8365/62 Тираж 844 Подписное ВНИИПИ Государственногокомитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, )К, Рауивкая наб., д. 4/5 Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4