Контроль характеристик пьезокерамики: методы, параметры и стандартизированный процесс тестирования

Контроль характеристик пьезокерамики является обязательным критически важным этапом производственного процесса, обеспечивающим соответствие готовых компонентов stringent требованиям конкретных применений. Разные проекты, такие как датчики, пьезоактуаторы или пьезопреобразователи, требуют оптимизации различных свойств: высокой импедансности, чувствительности, температурной стабильности или механической добротности.

1. Ключевые параметры пьезокерамики

Качество и пригодность пьезокерамического материала определяются набором взаимосвязанных физических величин:

• Пьезоэлектрическая постоянная (d₃₃, d₃₁): Определяет чувствительность материала к преобразованию механической энергии в электрическую и наоборот.
• Эластическая постоянная: Влияет на резонансную частоту и динамические характеристики компонента.
• Диэлектрическая проницаемость (ε): Определяет собственную электрическую ёмкость компонента.
• Коэффициент электромеханической связи (kₚ, kₜ, k₃₃): Характеризует эффективность преобразования энергии между электрической и механической формами.
• Сопротивление изоляции: Критически важно для низкочастотных применений и определяет постоянную времени разряда.
• Точка Кюри (Tс): Максимальная температура, выше которой материал теряет пьезоэлектрические свойства.
• Механическая добротность (Qm): Отношение накопленной энергии к рассеиваемой за цикл, определяющее остроту резонанса.

2. Методы испытаний и измерений

Для определения ключевых параметров используется комплекс стандартизированных методик.

2.1. Определение точки Кюри

Метод основан на фиксации резкого температурного скачка (аномалии) таких свойств, как диэлектрическая проницаемость, теплоемкость и коэффициент теплового расширения в узком температурном интервале.

2.2. Измерение пьезоэлектрической постоянной d₃₃

Применяются статические (квазистатические) и динамические методы измерения в условиях электрического короткого замыкания с использованием прецизионных измерителей (например, ZJ-3, ZJ-4).

2.3. Испытания в сильных электрических полях

Определение диэлектрических характеристик (петли гистерезиса) под воздействием мощного переменного электрического поля с помощью ферроэлектрических тестеров (ZT-4A, FE-5000).

2.4. Измерение пироэлектрического коэффициента

Оценка изменения остаточной поляризации от температуры проводится методом интегрирования возникающего заряда.

2.5. Анализ вибрационных мод и метод передачи линии

С помощью импедансного анализатора (например, JKZC-YDZK03A) определяются резонансные и антирезонансные частоты для различных типов колебаний:

• Продольные колебания цилиндров
• Толщинные колебания дисков
• Сдвиговые колебания пластин

Это позволяет рассчитать коэффициенты электромеханической связи, эластические постоянные и добротность.

3. Оборудование для тестирования

Комплексный контроль требует использования специализированного измерительного оборудования:

• Прецизионные измерители пьезопостоянных: ZJ-3, ZJ-4
• Многофункциональные анализаторы: ZJ-6, GDPT-900A
• Импедансные анализаторы: JKZC-YDZK03A
• Установки для поляризации: PZT-JH series
• Высокотемпературные диэлектрические анализаторы: GWJDN series
• Ферроэлектрические тестеры: ZT-4A, FE-5000

4. Стандартизированный процесс тестирования HE-SHUAI

Для гарантии стабильного качества продукции компания HE-SHUAI применяет многоступенчатый стандартизированный протокол испытаний.

4.1. Этап 1: Контроль физических свойств

• Визуальный осмотр на отсутствие сколов, трещин и дефектов.
• Прецизионное измерение геометрических размеров.
• Оценка качества и адгезии электродных покрытий.
• Контроль отсутствия внутренних дефектов (пористости).

4.2. Этап 2: Измерение электрических характеристик

• Диэлектрическая проницаемость и тангенс угла диэлектрических потерь.
• Коэффициенты электромеханической связи для различных мод колебаний.
• Пьезоэлектрические постоянные (d₃₃, d₃₁, g₃₃).
• Частотные постоянные (Nₚ, Nₜ).

4.3. Этап 3: Испытания на надежность и стабильность

• Стойкость к воздействию кислот и щелочей.
• Коррозионная стойкость в агрессивных средах.
• Термостабильность параметров и испытания на старение.

4.4. Дополнительные испытания по требованию заказчика

• Диэлектрические характеристики при постоянном смещении.
• Температурные зависимости пьезоэлектрических и диэлектрических параметров.
• Построение эквивалентных схем и импедансный анализ.
• Испытания на усталость и долговечность (циклирование).
• Рентгенофлуоресцентный анализ химического состава.

5. Заключение

Комплексное и стандартизированное тестирование пьезокерамических материалов является гарантией их соответствияжестким требованиям современных высокотехнологичных применений. Многоступенчатый процесс контроля, используемый компанией HE-SHUAI, охватывающий физические, электрические и reliability-параметры, обеспечивает стабильное и предсказуемое качество продукции. Для получения детальных протоколов испытаний и консультации по специфическим требованиям вашего проекта обратитесь к нашим инженерам.