Исследование влияния температуры на свойства пьезоматериалов
Исследование влияния температуры на свойства пьезоматериалов системы цирконата-титаната свинца. Особенности проведения математической обработки результатов экспериментальных данных, аналитических зависимостей с целью создания справочной таблицы.
| Рубрика | Производство и технологии |
| Вид | статья |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 29.07.2017 |
| Размер файла | 109,4 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Исследование влияния температуры на свойства пьезоматериалов
Изделия пьезоэлектрического приборостроения широко применяются в различных областях техники. К ним относятся ультразвуковые системы, гидроакустика, виброметрия, радиоэлектроника и многие другие. Пьезопреобразователи пьезоэлектрических приборов, имеют в своем составе пьезоэлементы из различных пьезоматериалов [1].
Область применения пьезоматериалов постоянно расширяется, меняются условия их применения. Возрастают и требования, предъявляемые к пьезоматериалам [2].
В данный момент на рынке представлено большое количество пьезоматериалов отечественного и зарубежного производства. В литературе можно найти их основные электрофизические параметры, измеренные в нормальных условиях. Но найти систематизированные данные по изменению параметров пьезоматериалов в зависимости от температуры представляется довольно сложной задачей.
Вопрос систематизации температурной зависимости электрофизических параметров может быть решен путем создания некоторой справочной таблицы, которая содержала бы аналитические зависимости электрофизических параметров различных пьезоматериалов от температуры.
В данной работе предлагается способ создания такой справочной таблицы на примере исследования влияния температуры на свойства трех образцов пьезоматериала системы ЦТС: ЦТС-83, ЦТС-83Г, ЦТБС-3 и последующей математической обработки результатов измерений.
Для исследования влияния температуры на параметры пьезоматериалов, по стандартной керамической технологии были изготовлены образцы пьезоэлементов из материалов ЦТС-83, ЦТС-83Г, ЦТБС-3. Система ЦТС представляет собой твердый раствор титаната-цирконата свинца, а при изготовлении пьезоэлементов из ЦТС-83Г и ЦТБС-3 исходный пьезоматериал был модифицирован добавками германия и титаната бария. Все три образца имели форму диска.
Параметры пьезоэлементов и пьезоматериала, измерены в соответствии с ОСТ (ОСТ 11 0444-87. Материалы пьезокерамические. Технические условия. М.: Электростандарт, 1987) при температуре плюс 20°С и приведены в таблице №1. Для измерения электрофизических параметров пьезоматериалов использовалась сертифицированная аппаратура «Цензурка-МА» производства НКТБ «Пьезоприбор», основанная на цифровом способе измерения параметров пьезоэлементов [3].
пьезоматериал температура цирконат свинца
Таблица №1 Параметры изготовленных пьезоэлементов
|
T/0 |
Q |
K |
d31, пКл/Н |
||
|
ЦТС-83 |
1608 |
80 |
0.44 |
128 |
|
|
ЦТС-83Г |
1655 |
83 |
0.46 |
134 |
|
|
ЦТБС-3 |
2400 |
290 |
0.52 |
152 |
В таблице использованы обозначения: CT - емкость пьезоэлемента на низкой частоте, T/0 - относительная диэлектрическая проницаемость, К - планарный коэффициент электромеханической связи пьезоматериала, Q -механическая добротность, d31 - пьезомодуль.
Изучение температурной зависимости исследуемых параметров в диапазоне температур от 0 до плюс 100°С проводилось с помощью программно-аппаратного комплекса, описанного в [4]. При этом образцы помещались в малогабаритную термокамеру TIRAminiTTC 4002.
Добротность определялась по методике, описанной в [5]. Определение пьезомодуля проводилось по алгоритмам, описанными в [6-10].
По результатам измерений были получены относительные изменения параметров пьезоматериалов при изменении температуры.
Для математической обработки результатов измерений были построены диаграммы относительных температурных изменений параметров в программе Excel и с помощь функции «Добавить линию тренда» получены аналитические зависимости, которые описывают форму кривых (рис. 1).
Рис. 1. Добавить линию тренда
Далее, в таблицах 2 - 7 и на рис. 2 - 4 показаны относительные температурные изменения исследуемых параметров, а также представлены диаграммы и вид соответствующих аналитических зависимостей.
Таблица №2. Относительные изменения CT, %
|
t, 0C |
ЦТС-83 |
ЦТС-83 |
ЦТБС-3 |
|
|
0 С |
0 |
0 |
0 |
|
|
20 С |
1 |
0,8 |
1,5 |
|
|
40 С |
2,3 |
2,1 |
5,5 |
|
|
60 С |
4,6 |
4,2 |
14 |
|
|
80 С |
7 |
7,3 |
25 |
|
|
100 С |
10,1 |
10,8 |
39 |
Рис. 2. Диаграмма относительных изменений CT
Таблица №3 Аналитические зависимости относительного изменения CT
(относительной диэлектрической проницаемости)
|
ЦТБС-3 |
CT % = 0,004t2 - 0,0126t |
|
|
ЦТС-83 |
CT % = 0,001t2 - 0,0029t |
|
|
ЦТС-83Г |
CT % = 0,001t2 - 0,0029t |
Таблица №4 Относительные изменения Q, %
|
t, 0C |
ЦТС-83 |
ЦТС-83Г |
ЦТБС-3 |
|
|
0 С |
0 |
0 |
0 |
|
|
20 С |
2 |
0,5 |
1,5 |
|
|
40 С |
3,2 |
0,70 |
4,2 |
|
|
60 С |
5,6 |
1 |
7,5 |
|
|
80 С |
8 |
1,3 |
10,4 |
|
|
100 С |
9,7 |
1,7 |
13,9 |
Рис. 3. Диаграмма относительных изменений Q
Таблица №5 Аналитические зависимости относительного изменения Q
|
ЦТБС-3 |
Q % = 0,007t 2 + 0,0728t |
|
|
ЦТС-83 |
Q % = 0,003t 2 + 0,0678t |
|
|
ЦТС-83Г |
Q % = 0,0164t |
Таблица №6 Относительные изменения d31, %
|
t, 0C |
ЦТС-83 |
ЦТС-83Г |
ЦТБС-3 |
|
|
0 С |
0 |
0 |
0 |
|
|
20 С |
0 |
0,2 |
2,1 |
|
|
40 С |
0,2 |
0,9 |
4,4 |
|
|
60 С |
0,5 |
1,8 |
6,6 |
|
|
80 С |
0,1 |
3,5 |
9,4 |
|
|
100 С |
1,9 |
4,6 |
14,1 |
Рис. 4. Диаграмма относительных изменений d31
Таблица №7 Аналитические зависимости относительного изменения d31
|
ЦТБС-3 |
d31% = 0,0007t2+ 0,0658t |
|
|
ЦТС-83 |
d31% = 0,0002t2 - 0,0026t |
|
|
ЦТС-83Г |
d31% = 0,0004t2 + 0,006t |
Из графика на рисунке 2 видно, что для материала ЦТБС-3 наблюдается существенное увеличение емкости пьезоэлемента и, соответственно, диэлектрической проницаемости пьезоматериала при повышении температуры. А зависимость указанных параметров от температуры для ЦТС-83 и ЦТС-83Г практически одинакова.
Из графика на рисунке 3 видно, что для материала ЦТС-83Г зависимость добротности от температуры существенно ниже, чем для ЦТБС-3 и ЦТС-83.
Из графика на рисунке 4 видно, что зависимость пьезомодуля от температуры для материала ЦТБС-3 существенно выше, чем для ЦТС-83 и ЦТС-83Г.
Математическая обработка результатов измерений позволила получить аналитические зависимости исследуемых параметров от температуры.
Полученные в работе результаты подтверждают возможность создания справочной таблицы, которая содержала бы аналитические зависимости изменения электрофизических параметров различных пьезоматериалов от температуры. Такая таблица позволит прогнозировать параметры пьезоматериала при использовании пьезоэлементов в различных температурных режимах.
Литература
1. Смажевская Е.Г., Фельдман Н.Б. Пьезоэлектрическая керамика. М.: Советское радио, 1971. 243 с.
2. Нестеров А.А., Панич А.А. Современные проблемы материаловедения керамических пьезоэлектрических материалов: монография. Ростов н/Д: изд-во ЮФУ, 2010. 226 с.
3. Патент РФ № 2584719. Цифровой способ измерения параметров пьезоэлементов / Н.М. Иванов, Е.В. Кондаков, Ю.К. Милославский // Опубл. 20.05.2016.
4. V. L. Zemlyakov Methods for Determination of the Piezoelectric Coefficient of Piezoceramic Materials in Terms of Parameters of an Equivalent Circuit of a Piezoelement // Piezoelectrics and Related Materials: Investigations and Applications. Pub. Date: 2012 2nd Quarter, рp. 117-142.
5. Zemlyakov V.V., Zemlyakov V.L. A new approach to measuring the piezomodulus of a piezoceramic material under dynamic conditions // Measurement Techniques. 2002. V. 45. N 4. P. 421.
6. Земляков В.Л. Исследование параметров пьезоэлементов при непрерывном синусоидальном возбуждении. Ростов н/Д: Изд-во ЮФУ, 2009. 120 с.
7. Земляков В. Л., Ключников С. Н., Кулинич А. И. Определение пьезомодуля пьезокерамических материалов на образцах элементов в форме диска // Известия ЮФУ. Технические науки. 2009. № 2. С. 212-215.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Влияние времени на деформацию. Упругое последействие, влияние температуры на свойства материалов. Механические свойства материалов. Особенности испытаний на сжатие. Зависимость предела прочности пластмасс от температуры, неоднородность материалов.
реферат [2,5 M], добавлен 01.12.2008Однократное и многократное измерение физической величины. Определение среднего арифметического и среднеквадратического отклонения результатов серии измерений, их функциональные преобразования. Обработка экспериментальных данных при изучении зависимостей.
курсовая работа [159,6 K], добавлен 03.12.2010Определение температуры закалки, охлаждающей среды и температуры отпуска деталей машин из стали. Превращения при термической обработке и микроструктура. Состав и группа стали по назначению. Свойства и применение в машиностроении органического стекла.
контрольная работа [1,3 M], добавлен 28.08.2011Расчет бражной колонны, зависимость геометрических размеров бражной колонны от количества продукта-дистиллята, и абсолютной температуры пара. Создание математической модели бражной колонны и выяснение влияния продукта-дистиллята и температуры пара.
дипломная работа [20,0 K], добавлен 21.07.2008Расшифровка марки стали 25, температуры критических точек, химический состав, механические свойства и назначение. Построение графика химико-термической обработки стальной детали с указанием температуры нагрева, времени выдержки и скорости охлаждения.
курсовая работа [444,5 K], добавлен 20.05.2015Изучение методики построения диаграмм состояния металлических сплавов. Исследование физических процессов и превращений, протекающих при кристаллизации сплавов. Виды термической обработки. Анализ влияния температуры на растворимость химических компонентов.
контрольная работа [4,4 M], добавлен 21.11.2013Зависимость деформационных свойств пластмасс от температуры. Зависимость прочности полимеров от скорости нагружения. Усталостные свойства пластмасс. Проектирование экономически эффективных изделий из пластмасс. Метод механической обработки заготовок.
реферат [20,9 K], добавлен 29.01.2011Увеличение срока эксплуатации инструмента в результате применения методов химико-термической обработки. Исследование влияния технологических параметров диффузионного упрочнения на микроструктуру, фазовый состав, свойства поверхностного слоя инструмента.
дипломная работа [1,7 M], добавлен 09.10.2012Диффузия как движение частиц среды, приводящее к установлению равновесного распределения концентраций частиц в среде. Оценка влияния данного процесса на свойства металлов. Превращения сплаве при охлаждении от температуры в жидком состоянии до комнатной.
контрольная работа [543,5 K], добавлен 08.12.2014Производство, строение и синтез полиимидных пленок. Диэлектрические и электрические свойства, влияние повышенной температуры и радиационного облучения. Энергетические характеристики разрушения изоляционных материалов под воздействием частичных разрядов.
дипломная работа [3,6 M], добавлен 18.10.2011Исследование химического диспергирования алюминиевого сплава; влияние концентрации щелочи на структуру диспергированных порошков и физико-механические свойства керамических материалов. Разработка технологической схемы спекания; безопасность и экология.
дипломная работа [2,9 M], добавлен 27.01.2013Особенности системы автоматического управления температуры печи, распространенной в современном производстве. Алгоритм системы управления температуры печи. Устойчивость исходной системы автоматического управления и синтез корректирующих устройств.
курсовая работа [850,0 K], добавлен 18.04.2011Характеристика и механические свойства титана. Исследование влияния вспомогательных компонентов на свойства титанового сплава. Технологические аспекты плавки, определение типа плавильного агрегата. Термическая обработка: отжиг, закалка, старение.
реферат [1,6 M], добавлен 17.01.2014Исследование методических печей с подвижными балками. Классификация средств измерения температуры контактным методом. Электрические контактные термометры. Выбор термоэлектрических термометров. Контроль температуры рабочего пространства методической печи.
курсовая работа [1,3 M], добавлен 22.01.2015Основные закономерности и процессы спекания оксидов. Влияние чистоты сырья и добавок на свойства Al2O3 керамики. Исследование влияния эффекта саморазогрева корундоциркониевой композиции в электромагнитном поле СВЧ на структуру и свойства материала.
дипломная работа [190,3 K], добавлен 02.03.2012Применение бентонитовых глин при производстве железорудных окатышей, входящие в их состав минералы. Исследование влияния органических добавок на свойства сырых окатышей. Физические и химические характеристики связующих добавок, их реологические свойства.
реферат [3,2 M], добавлен 03.03.2014Анализ технологической схемы и выбор методов и средств автоматизации. Синтез системы автоматического регулирования температуры в сыродельной ванне. Обоснование структуры математической модели сыродельной ванны как объекта регулирования температуры.
курсовая работа [99,4 K], добавлен 02.02.2011Составляющие процесса тепловой обработки бетона. Подъем температуры до максимально установленного уровня, выдерживание при нем и охлаждение изделия до температуры окружающей среды. Конструктивный и технологический расчет производственной установки.
реферат [396,6 K], добавлен 10.06.2014Контроль температуры различных сред. Описание принципа бесконтактного метода измерения температуры. Термометры расширения и электрического сопротивления. Манометрические и термоэлектрические термометры. Люминесцентный метод измерения температуры.
курсовая работа [93,1 K], добавлен 14.01.2015Физические особенности лазерной сварки титановых сплавов. Моделирование процесса воздействия лазерного излучения на металл. Исследование влияния энергетических и временных характеристик и импульсного лазерного излучения на плавление титановых сплавов.
курсовая работа [1,4 M], добавлен 11.01.2014
