Студопедия

КАТЕГОРИИ:


Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748)

Свойства простых и модифицированных пьезокерамических материалов для пьезотрансформаторов





Марка материала Добротность Qм Коэффициент электромеханической связи Тангенс угла потерь tg δ % Модуль упругости Y*10-10 Па Скорость звука м/с Плотность ρ х 103кг/м3 Точка Кюри, град Предел прочности σРАС МПа
k33 k31
ТБ-1 ЦТС-23 ЦТССт-1 ЦТССт-5 ЦТБС-4 ЦТБС-7 ПКР-6 ПКР-8 PZT-2 PZT-4 PZT-8 ЕС-64 ЕС-69 РСМ-9 РСМ-65 РХЕ-41 РХЕ-42   0,32 0,62 0,6 0,63 0,68 0,7 0,7 0,6 0,62 0,7 0,64 0,65 0.62 0,69 0,61 0,68 0,66 0,18 0,31 0,3 0,32 0,37 0,38 0,39 0,3 0,28 0,34 0,3 0,33 0,31 0,33 0,31 0,34 0,34 1100±100 1150±150 1800±200 1400±100 2300 1400 1300 1000 1300 1050 1500 1010 1200 1300 0.7...4 0.5...1.5 0.3...2 0.6...4 0.3...3 0.5...1.5 0.3...1.0 0.4...0.9 0.4...3 0.4...1 0.5...3.0 0.5...0.8 0.2...0.8 0.2...1.5 0.2...1.0 0.2...1.0 7.5 8.5 - - - - 8.2 8.05 8.42 6.4 7.9 - - 4300 3300 3500 3500 3200 3200 3100 3500 4400 3300 3400 - - - - 5.3 7.4 7.3 7.5 7.5 7.5 8.0 7.8 7.5 7.6 7.6 7.6 7.6 7.7 7.7 7.2 7.7 - - 24.5 16.7 16.5 - - - - - -

 

k31 – поперечный коэффициент связи, когда деформации перпендикулярны направлению полярной оси;

k33 - продольный коэффициент связи, относящийся к одномерным деформациям параллельных направлению полярной оси;

 

 

Пьезокерамические составы

ЦТС (Россия) PCM (Япония)
BaTiO3 Pb(Mn1/3Nb2/3)O3-PbTiO3-PbZrO3
PbTiO3 Pb(Co1/3Nb2/3)O3-PbTiO3-PbZrO3
PbZrO3 Pb(Mn1/3Sb2/3)O3-PbZrO3-PbTiO3
Pb(TiZr)O3  

 

Пьезокерамика системы PCM (Япония) представляет трехкомпонентные свинцесодержащие составы.

Тройные пьезокерамические составы системы PCM значительно превосходят немодифицированные составы ЦТС по основным электрофизическим параметрам: kij, Qм, gmi



 

Модифицирующие добавки (MnO, LaO, FeO, Al2O3) позволяют существенно менять основные электрофизические параметры.

 

Для ПТ применяются пьезокерамические материалы с малыми потерями, вы­сокой механической добротностью и повышенными прочностными свойствами.

 

Синтез исходных материалов производится из промышленного химического сырья или химических реактивов указанных марок. Исходные материалы должны быть химически чистыми с содержанием основного вещества не менее 99,5... 99,8%.

 

Чистота исходных компонентов в значительной мере определяет разброс электрофизических параметров пьезокерамических материалов и степень их воспроизводимости.

 

Изменение или отклонение параметров пьезокерамики от технических усло­вий могут быть вызваны неоднородностью химического состава, отклонениями механического, температурного или электрического воздействия в процессе из­готовления.

 

Считается допустимым отклонение основных пара­метров от нормы не более ±5% для упругих, ±10% для пьезоэлектрических и ±20% для диэлектрических свойств пьезокерамического материала системы ЦТС.

 

Введение модифицирующих добавок позво­ляет варьировать в широких пределах электрофизические свойства пьезокерамики, причем их концентрация составляет всего 0,5...1,5%.

 

В таблице представлены данные материалов для ПТ. Параметры ПТ существенно зависят от свойств пьезоматериалов, из которых они изготовлены.

 

К основным требованиям следует отнести повышенные значения механической добротности QM, коэффициентов электромеханической связи kij и предела механической прочности на растяжение σрас.

 

Специально для ПТ была разработана пьезокерамика ЦТССт-5 и ЦТБС-4. Эти пьезокерамики отличаются от ЦТС-23 модифицирующими добавками окислов редкоземельных металлов, а также более простой технологией изготовления и лучшей воспроизводимостью.

 

Значения параметров пьезоматериалов, используемых при разработке и изготовлении ПТ должны удовлетворять следующим условиям:

 

k310.4, k330.7, εT331500, σРАС20 МПа, QМ500, %, точка Кюри

 

Для каждого пьезоматериала существует граничное значение напряженности электрического поля Евх на выходе ПТ, превышение которого приводит к необратимым процессам в пьезокерамике, разогреву и деполяризации пьезопластины, возрастают диэлектрические и механические потери, что ведет к механическим разрушениям.

В результате изменяются электрофизические свойства материала, что ухудшает эффективность работы ПТ. Наибольшая нелинейность параметров наблюдается в ре­жиме холостого хода и наименьшая в нагрузочном режиме, в области максимального КПД.

Наибольший интерес представляет изучение поведения основных электрофизических па­раметров, например kзз и QЭФ, в зависимости от напряженности ЕВХ.

Так, эффективную добротность можно определить по ширине полосы АЧХ на уровне 0,707, а коэффициент kзз — по сдвигу резонансной частоты режима холостого хода и короткого замыкания (рисунок 29).

 

 
Рисунок 29 – Амплитудно-частотная характеристика ПТ из материала ЦТБС-4 в зависимости от сопротивления Rн при Uвх=20 В.

 

Зависимость выходного напряжения Uвых и КПД ПТ от тока нагрузки Iвых приведены на рисунке 30.

 

Рисунок 30 – Зависимость КПД и выходного напряжения ПТ от тока нагрузки: 1- ЦТС-23 2- ЦТССт-5 3- ЦТБС-4 4- ПКР-8

 

Максимальное значение КПД для всех исследованных ПТ колеблется от 85 до 90%.

Наибольший интерес из числа исследован­ных образцов представляют ПТ, изготовленные из материала ЦТБС-4. По сравнению с ПТ из других материалов они имеют большее значение коэффициента Ки в режиме передачи макси­мальной мощности. При работе с максимальными КПД значения Ku у них в 2 раза и более выше, чем у ПТ из других материалов. При увеличении выходной мощности до 5 Вт КПД ПТ составляет около 80%; для аналогичных образцов из других материалов при выходной мощности РВых=3 Вт η = 50% и уменьшается при увеличении тока нагрузки.



На следующем рисунке представлены зависимости Ku=f (Ubx) в различных режимах работы.

 

Рисунок 31 – Зависимость коэффициента трансформации от входного напряжения

 

Пьезоматериалы для ПТ, рассчитанных на значительные токи нагрузки (в режимах ηМАХ), должны иметь максимально возможное значение коэффициента электромеханических коэффициентов kij при добротности QМ300 и обладать стабильностью этих параметров в сильных полях.

Материалы ПТ, работающих при слабых тока нагрузки (в режимах, близких к х.х.), должны иметь большую механическую добротность (QM>800) или большое значение показа теля качества (k2ззQм>300).

 

 

 
Рисунок 32 – Зависимости Qэф=f(Uвх) и fр=f(Uвх)

 

Существует возможность управления значением QM материала ЦТБС-4 введением специаль­ных модифицирующих добавок окислов при синтезе этих материалов, например путем введения добавки окисла марганца.

 

Рисунок 33 – Влияние модифицирующей добавки на электрофизические свойства материала марки ЦТБС-7

 

Из рисунка видно, что изменением количества добавки MnО2 можно в широких пределах управлять величиной механических и диэлектрических потерь.

 





Дата добавления: 2014-01-07; Просмотров: 990; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы!


Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет



ПОИСК ПО САЙТУ:


Рекомендуемые страницы:

Читайте также:
studopedia.su - Студопедия (2013 - 2021) год. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав! Последнее добавление
Генерация страницы за: 0.006 сек.