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温度对压电陶瓷的影响有多大?

更新时间: 2018-05-10
 我们经常会遇到客户咨询压电陶瓷使用温度各式各样的问题,压电陶瓷能耐高温吗?低温环境陶瓷可以使用吗?温度对压电陶瓷的影响大吗?那么今天我们就来说一说温度对压电陶瓷的影响有哪些。

 

压电陶瓷材料性能取决于温度,温度的变化会使压电陶瓷的性能发生很大的改变,比如:静电容量和损失因子会随着温度的升高而增加,过高的温度会降低性能以及使用寿命。因此温度是影响实验效果非常重要因素,建议使用者在不同的应用环境下需要将温度因素考虑进入实验过程。

 

温度升高会导致压电陶瓷的介电常数明显改变,即静电容量会发生改变,从室温升高到80℃压电陶瓷的静电容量会增长40%左右。

 

压电陶瓷的使用温度范围?

这取决于压电陶瓷材料的居里温度,我们通常使用的叠堆型压电陶瓷PSt150系列,居里温度为155℃,建议安全使用温度为-25~80℃,对于高压压电陶瓷HS/HT材料居里温度为340℃,建议安全使用温度为175℃左右。低压高温压电陶瓷可以耐受的温度为200℃。

压电陶瓷的存储温度范围?

建议存储温度在-5~40℃,相对湿度<40%。

动态操作控制器的选择:

  动态操作压电陶瓷时,由于压电陶瓷伸缩过程中内部摩擦产生热量,大约5%-20%的驱动电能转换成压电陶瓷产生的热量。
压电陶瓷在动态操作的时候会产生热量从而温度升高,此时压电陶瓷的静电容量也会随之升高,因此在选择配套控制器时,不能单纯的按照参数表中常温测得的静电容量来计算所需电流。


 

 

 

居里温度:

压电陶瓷的居里温度是磁性转变的温度,压电陶瓷达到居里温度点后,压电陶瓷将会产生*性退极化,越接近压电陶瓷的居里温度,压电陶瓷的性能改变越大,因此在使用压电陶瓷的过程中,一定要远低于居里温度使用,不高于居里温度的一半。不同材料压电陶瓷的居里温度点不同,一般,低压叠堆压电陶瓷的居里温度点大概是150-200℃,低压高温压电陶瓷的局里温度点为340℃左右,高压压电陶瓷的居里温度大概是215-340℃。

热膨胀系数是多少?

低温叠堆共烧压电陶瓷(在-40~120℃范围内)的轴向线膨胀系数为负数 -5ppm/℃,高压压电陶瓷的线膨胀系数为+2ppm/℃。

压电应变能力有的改变吗?

压电陶瓷的应变能力即:位移/电压 是以d33系数体现在材料参数表里的,与室温操作相比温度降低的时候,应变能力随之度下降。超低温操作的时候,压电效应大幅度下降。温度升高对d33的影响取决于所采用的压电陶瓷材料的居里温度。软材料体现一点点压电效率降低,当升高到80℃的时候,叠堆压电陶瓷PSt150/5x5/20 操作电压在0-150V的时候,位移大概为19μm, 在室温条件下,位移大概为20μm。高温压电陶瓷材料主要为HS/HT,当温度升高到100℃的时候,压电效能增加5%左右。

需要高温环境下操作压电陶瓷怎么办?

很多应用可能会在高温的环境下操作,这时候标准的压电陶瓷已无法满足用户的需求,只能选择特殊材料的高温压电陶瓷,芯明天可以提供在高温200℃环境下使用的叠堆NAC6024系列或XMT系列机械封装压电陶瓷,可在150℃温度环境下使用。

需要高动态操作压电陶瓷,如何降低温度呢?

有些需要高频振动比如精密加工、主动振动控制等应用中,如何控制压电陶瓷因高频内部摩擦导致的温度升高呢? 我们常用的方法主要是外部风冷散热或者采用芯明天的热稳定及散热片装置进行快速导热,从而降低由于高频生热而导致的压电陶瓷损坏的风险。选择芯明天热稳定装置,可以使压电陶瓷的动态功率提高3倍以上。




压电陶瓷能耐低温吗?

当然是可以,芯明天可以提供低温-273℃下使用的压电陶瓷。但是需要您了解的是低于室温压电陶瓷的压电效应会随之降低,压电陶瓷所能产生的出力与位移大幅降低,在低温<260K时,大约是每K损失0.4%,在液态氮的环境下,压电陶瓷的位移约为室温位移的10%左右。 


我们通常使用的压电陶瓷为半双极型压电陶瓷,即压电陶瓷可以承受的负压为zui大正电压的20%,由于低温环境下,压电陶瓷材料抵抗退极化的能力急剧增加,在超低温环境下,可以双极型驱动压电陶瓷,可以获得双倍的位移。比如:PSt150 在低温77°K,应变能力降低到室温的20%,但是可以通过双极性获得室温单极性40%的位移。


 

 

在超低温环境下,需要选择导热性更低的锰铜导线,从而保持低温环境不受影响。
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