研究與試制壓電陶瓷變壓器的試制及其老化行為研究侯育冬12，朱滿康王波田長生2，嚴(yán)輝。北京工業(yè)大學(xué)材料學(xué)院量子材料實驗室，北京122；2.西北工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，陜西西安71訓(xùn)72你抑02為0.2，0.5，0.8，分別記作，2，3壓電陶瓷制作壓電變壓器模擬試樣，采用空氣中高溫下對端電極同時進(jìn)行加壓極化的方法性能測試明，2的壓電性能最優(yōu)，具有最小的+幾械損耗和介質(zhì)損耗，適合在全波諧振頻1動狀態(tài)下工作。此外，還系統(tǒng)研究了，2試樣壓電參數(shù)的老化行為，研究結(jié)果明電容量，和壓電常數(shù)木3的老化行為均服從對數(shù)定律。

　　壓電陶瓷變壓器是利用壓電陶瓷特有的正逆壓電效應(yīng)，在機電能量的次轉(zhuǎn)換過程中，通過體內(nèi)阻抗變換來實現(xiàn)變壓作用。相對于傳統(tǒng)線繞式變壓器，壓電陶瓷變壓器具有高升壓比轉(zhuǎn)換效率耐高壓高溫與短路燒毀耐潮濕抗電磁干擾，且體積小質(zhì)量輕等優(yōu)異性能，特別適應(yīng)電子電路向集成化片壓電變壓器所用陶瓷材料需有高的徑向機電耦合系數(shù)谷機械品質(zhì)因數(shù)，和電學(xué)品質(zhì)因數(shù)介質(zhì)損耗的倒數(shù)，以獲得高的升壓比，小的機械損耗和介質(zhì)損耗67.本課組己有的研究發(fā)現(xiàn)摻氧化猛0.220.82丁壓電陶瓷具有較優(yōu)的機電性能，適合制作壓電變壓器8.筆者選用摻氧化錳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為別記作，2，3，所制變壓器模擬試樣也分別用其試樣，并測試了各項壓電參數(shù)。此外，由于壓電性能價值，筆片還系統(tǒng)研宄壓電陶瓷變壓器模擬試樣的室溫老化為。

　　1實驗錳含請的嘆化丁瓷粉，比汕粘合劑進(jìn)行次造粒瓷粉加粘合劑壓塊后打碎過篩，再次壓塊打碎過篩，然后置于模具中干壓成型，成型壓力33成咽尺，然后將模擬試樣素坯體置于電爐內(nèi)，進(jìn)行排膠和燒結(jié)。燒結(jié)好的試樣經(jīng)打磨拋光后，上端電極進(jìn)行燒銀如2型壓電變壓器，之后進(jìn)入極化工序。

　　2.1壓電變壓器的性能測試器模擬試樣的實物照片2，瑞的頻率阻抗譜。壓電變玉器的輸入阻抗絕對值殖頻率變化而變化根據(jù)譜可以確定半波諧振頻率夂2和全波諧振頻率夂以及相應(yīng)諧振電阻疋，21比外，從中還可以看到，在諧振和反諧振時，輸入電壓和電流間的相位肩為，輸阻抗呈純電阻忭；在這兩個頻率之輸入1抗電感性；失諧時，輸壓電變壓器瓷片的極化采用空氣中高溫極化的方法，這是因為變壓器瓷片需要在兩個不同方向上極化，即驅(qū)動部分需要沿厚度方向極化，而發(fā)電部分需要沿長度方向極化。壓電變甩器的長度般為沖米清級，按迎常的硅油極化工藝則需要數(shù)萬伏的樂。這種高壓電源不1僅設(shè)濟復(fù)雜，巨操作不安全，故前般采用空氣高溫極化的方法9.

　　高溫極化的具體工藝如下將陶瓷片夾持在特制夾具上，放置于控溫箱中升溫，空氣氣氛。升溫至100起，對輸入端，輸出端1時加卡，其中輸入端9，輸出端10.升溫至最高溫度3300高于試樣居里溫度，保溫而后降溫至0撤去極化電壓，整個極化過程約30.

　　極化好的壓電變壓器模擬試樣靜置24，線測試吒電性能。采142柬人1密；1抗分析儀測試室溫下250壓電陶瓷變壓器模擬試樣輸入端的頻率阻抗浩和出下輸入端輸出端的靜電容量。

　　以及介質(zhì)損耗1采科院聲學(xué)所幻2型準(zhǔn)靜態(tài)必3測量儀測試輸入端輸端的壓電常數(shù)必。

　　山于老化現(xiàn)象與其所處狀態(tài)和熱歷史密切相關(guān)，因此我們選取極化后室溫250靜置2處后的時刻為老化時間零點。室溫老化過程中，定期用14284型乙0民精密數(shù)字屯橋測試變壓器試樣輸入端電容景和介質(zhì)損耗，測試頻率；用32型準(zhǔn)靜態(tài)而測量儀測試輸入端的壓電常數(shù)。

　　人阻抗呈電容性，電流超前電壓。

　　試樣編號從1中可以看到，壓電變壓器模擬試樣的電容試和壓電常數(shù)，隨錳含景的增加，雖下降趨勢，這是因為1以2+和1+的方式取代晶格中的4+和丁4位，為衡體系電價，品格上出現(xiàn)大量的闈空位。氧空位的出現(xiàn)使鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的維氧面體族產(chǎn)生明顯的畸變，對電疇轉(zhuǎn)向產(chǎn)生釘扎效應(yīng)，阻礙了極化翻轉(zhuǎn)。閃而陶瓷體系變硬，和18心咸小，從著增加181.

　　綜合比較各項壓電性能，2試樣最優(yōu)，在全波諧振狀態(tài)下具有低諧振電阻56，機械損耗小，此外，介質(zhì)損耗也最低，50，104，因而適合在全波諧振頻率驅(qū)動狀態(tài)下工作。

　　2.2壓電陶瓷變壓器的老化研究老化是壓電鐵屯陶瓷中普遍存在的現(xiàn)象，足村料微觀狀態(tài)自發(fā)改變過程的宏觀現(xiàn)，對于老化現(xiàn)象的研究幾仃重要的理論與實用價值61.

　　卡屯陶瓷極化時，極化電場迫使晶胞內(nèi)無序排列轉(zhuǎn)向，使品體軸方向改變，伴隨著較大的應(yīng)變。極化后，在內(nèi)應(yīng)力的作用下，己轉(zhuǎn)向的90疇有部分復(fù)原而釋放應(yīng)力，但尚有定數(shù)量的剩余應(yīng)力使陶瓷體仍處于不平衡的狀態(tài)。電疇在剩余應(yīng)力的作用下，隨時間的延長復(fù)原部分逐漸增多，因此剩余極化強度不斷下降，壓電性能減弱。180疇的轉(zhuǎn)向，雖然不產(chǎn)生應(yīng)力，但轉(zhuǎn)向后處于勢能較高的狀態(tài)，因此仍趨于重新分裂成180疇壁，這也慫引起老化的因素171.

　　此外，乇電陶瓷般還存在較多的間電荷如不等價摻雜所引起的空間電荷，這些空間電荷在極化輸入端輸出端壓電陶瓷在極化后段時間內(nèi)，壓電參數(shù)的老化廳為般服從對數(shù)定律。該定律數(shù)學(xué)達(dá)忒如下點后時刻試樣的壓電參數(shù)為上述兩點間的老化時間間隔；1為10倍時間老化率。

　　從4，6可以看到，介質(zhì)損耗俸脫溝緋J3均在391左右趨于穩(wěn)定，之前變動較大。這是因為壓電陶瓷在極化后撤除電場的段較短時間內(nèi)，保留大部分轉(zhuǎn)向的90疇，因此它的剩余極化強度最大。在這種狀態(tài)下，較多的90新疇將恢復(fù)到極化前較大。此后，隨著時間的推移，內(nèi)應(yīng)力不斷釋放，電性能參數(shù)的老化幅度也就品方地減慢并逐漸趨于個穩(wěn)定值。

　　從4和6可，電容量和壓電常數(shù)本3在老化前期39，基本遵從對數(shù)定律。應(yīng)用函數(shù)擬合方法，分別得到電容量。和壓電常數(shù)必3的老化方程。

　　前便限制了疇壁的運動。因此，在極化時就需要較高移，空叫電荷又會逐步重新積聚在打序排列電疇的兩端。電疇兩端等量的異性空間電荷起著屏蔽作用，因此，剩余極化強度逐漸減少，壓電性能逐漸減弱193.

　　總之，老化的本質(zhì)是極化后屯陶瓷的電疇由能量較高的狀態(tài)，地轉(zhuǎn)變到能量較低的狀態(tài)，這是個不可逆過程。

　　筆者選取壓電性能較優(yōu)的，2試樣進(jìn)行老化研宄。

　　和壓電常數(shù)辦隨時間變化的老化關(guān)系曲線。

　　電容量的老化廳程如壓電常數(shù)如的老化方程如下=275.525.41lgmm3已有的研宄中，介質(zhì)損耗般隨老化時間的推移而減小，且滿足對數(shù)定律。本實驗中5，老化前期介質(zhì)損耗卻隨老化，間的延長所增大，且并小滿足對數(shù)定律。介質(zhì)損耗的增大估計與內(nèi)應(yīng)力釋放過程中電疇的轉(zhuǎn)向有關(guān)，此外由于試樣介質(zhì)損耗很小3量級，測量相對誤差較大，因而難于用線性函數(shù)進(jìn)行擬合。

　　從以上實驗結(jié)梟還可以到，存放時間較長的老化穩(wěn)定值相對產(chǎn)初始伉變動并不火，這上要足叢以下兩個因素其，極化時901轉(zhuǎn)向產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，有部分能通過試樣整體尺寸的形變來釋放。極化后試樣在極化電場方向的尺寸略為伸長，這就可以松他部分內(nèi)應(yīng)力，不會使所轉(zhuǎn)向的90都恢復(fù)到極化前的無序狀態(tài)。其，在晶體結(jié)構(gòu)中，由于摻雜離子如錳離子會形成晶格疇和缺陷，這些缺陷也能夠松弛部分內(nèi)應(yīng)力。

　　壓電陶瓷經(jīng)過長時間的老化，內(nèi)應(yīng)力得到充分釋放，所以最后會有大部分有序排列的180疇和部分有序排列的90疇，它們所提供的剩余極化強度與時間的推移無關(guān)。

　　3結(jié)論應(yīng)工業(yè)制備技術(shù)制作了+，鉆摻雜量的2，3種壓電陶瓷變壓器模擬試樣，采用空氣高溢極化的方法對以沈以玉電陶泛變壓器端電極同時加壓；壓電性能測試結(jié)果明，2試樣具有最優(yōu)對，2試樣老化行為的研宄明，電容量，和壓屯常數(shù)必。；的老化行為服從對數(shù)定律，線性擬合富佳成公司。壓電陶瓷的原理與簡介習(xí)。世界產(chǎn)品與技術(shù)，20柴荔英，鄺安祥。壓電陶瓷變壓器與線繞電子變壓器的比較習(xí)。電子白辰陽，桂治輪，李龍土。壓電變壓器的研究和開發(fā)進(jìn)展習(xí)。壓電與聲金浩，董樹榮，王德苗。壓電變壓器的研究現(xiàn)狀習(xí)。電子元件與材料，2002，2192831.

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　　經(jīng)測試該涂層在lkHz的阻抗值為48kU低于生物分子涂層在該頻率的阻抗值6.

　　3結(jié)論采用新型的導(dǎo)電聚合物聚3，4氧化乙，噻吩00丁的衍生物，0丁，用電化學(xué)的方法成功地在神經(jīng)元修補元件的電極上制得了導(dǎo)電涂層。所形成的，0丁，88及，0丁碟生物分子導(dǎo)電涂層均由于千擾離子強度太高造成的影響。應(yīng)用流動相離子色譜法使待測離子與其它離子達(dá)到所要求的分辨率和操作時間，方法準(zhǔn)確，可應(yīng)用于鋁腐蝕箔及化成箔中8，42的測定。