关于PZT-JH系列的一种压电极化装置工作原理的技术动态

  一、技术前沿： 

压电陶瓷作为机械性能和电性能互相转换的功能性材料，被广泛应用与通讯、测量、生物、航天等各个领域。对于材料专业的专业来说，压电材料综合实验是比较好的实验项目，就实验内容来说，该实验可以掌握陶瓷类设计配比烧结的全部过程，其性能也包括了材料中常用的介电常数、损耗（JKZC-YDZK03型压电阻抗分析仪可以获得）、电滞回线（ZT-4A铁电测试仪获得）等内容，并且该实验使用仪器简单，制备过程只需要高温炉，性能检测主要部分d33(ZJ-3型压电系数D33测试仪获得）、机电耦合系数、介电常数、损耗所用的d33测定仪、压电阻抗分析仪、。但是压电材料从制备到性能测试中间有一个的步骤-极化，极化后的压电陶瓷才能使材料中的电畴保持同一方向，从而使陶瓷具有宏观压电性以进行性能测试或者使用。根据极化的条件，需要压电极化设备具有可加热至200℃并以进行温度测量、可以多样品同时极化、更换样品方便，最重要的是，极化一般都需要几千伏的电压，而目前市场上并的可供实验室使用的极化设备主要是PZT-JH系列。

二、仪器的原理内容
主要目的：在于解决上述现有技术存在的缺陷，提供一种极化试验过程中可靠的极化装置。
方案实施：
1、一种压电极化装置，包括：高压电源、多通道电流测量装置、极化夹具、加热装置、控温装置、安全防护装置；
2、高压电源与极化夹具连接用于极化夹具上固定的试样；
3、多通道电流测量装置与极化夹具连接用于测量极化夹具中各个极化支路的
电流；
4、加热装置用于为极化夹具加热；
5、安全防护装置与高压电源串联，用于控制高压电源的通断。
6、 进一步地，如上所述的压电极化装置，所述安全防护装置为一个门控开关，所述门控开关包括行程开关SQ和接触器KM。
7、进一步地，如上所述的压电极化装置，所述极化夹具包括：黄铜底板、上木板、设置在黄铜底板与上木板之间的铜棒；所述铜棒包括设置在黄铜底板四个角的支撑铜棒以及设置在四个支撑铜棒之间的若干夹具铜棒；所述夹具铜棒的上端设置有用于固定试样的弹簧；
8、多通道电流测量装置与所述若干夹具铜棒分别连接；
9、多通道电流测量装置为与夹具铜棒连接的微安表。
10、如上所述的压电极化装置，所述加热装置为将极化夹具浸泡在其中的
油浴装置，所述油浴装置中采用二甲基硅油作为加热油浴。
11、为什么要对压力陶瓷进行高温高压极化原理探讨：
电畴方向与外加电场一致，此后陶压电陶瓷作为压电材料，具有压电效应
及逆压电效应，可以完成电能和机械能的相互转化。但是没有极化过的压电陶瓷，其内部的电畴排布方向是散乱没有规律的，陶瓷整体并不表现出压电性。压电陶瓷在测试、使用前，必须预先给陶瓷加上电场，使得各个电瓷即表现出压电性，可以作为压电材料使用。极化的电场需要超过压电陶瓷的矫顽电场，一般的压电陶瓷材料，需要的极化电场为3000-7000V/mm，而有时为了达到更好的极化效果，同时避免极化电压太高，需要对在极化的同时对样品进行加热。
12、对于一般性压电陶瓷材料电压如何设置电压的问题。
极化系统中高压电源采用成品的高压电源，可输出10000V直流电压，温控系统利用恒温油浴实现，因为极化时电压较高，大于空气的击穿强度(大约2000V/mm)，所以极化过程样品及夹具需要浸泡的绝缘油中，同时可使用恒温油浴实现极化的温度测量控制。对于压电陶瓷极化来说，因其常用极化电压可以达到3000-7000V，所以安全措是使用的前提。对于极化设备的安全措施，首先整套极化装置放置于8mm厚的绝缘垫上；其次，裸露的低压金属部分都要进行接地处理；考虑到夹具需要在油浴中加热，高压部分难以绝缘遮挡，本发明使用门控开关来控制高压电源的通断。所述加热装置为将极化夹具浸泡在其中的油浴装置，所述油浴装置中采用二甲基硅油作为加热油浴。