压电陶瓷变压器的试制及其老化行为研究

研究与试制压电陶瓷变压器的试制及其老化行为研究侯育冬12，朱满康王波田长生2，严辉。北京工业大学材料学院量子材料实验室，北京122；2.西北工业大学材料科学与工程学院，陕西西安71训72你抑02为0.2，0.5，0.8，分别记作，2，3压电陶瓷制作压电变压器模拟试样，采用空气中高温下对端电极同时进行加压极化的方法性能测试明，2的压电性能优，具有小的+几械损耗和介质损耗，适合在全波谐振频1动状态下工作。此外，还系统研究了，2试样压电参数的老化行为，研究结果明电容量，和压电常数木3的老化行为均服从对数定律。

压电陶瓷变压器是利用压电陶瓷特有的正逆压电效应，在机电能量的次转换过程中，通过体内阻抗变换来实现变压作用。相对于传统线绕式变压器，压电陶瓷变压器具有高升压比转换效率耐高压高温与短路烧毁耐潮湿抗电磁干扰，且体积小质量轻等优异性能，特别适应电子电路向集成化片压电变压器所用陶瓷材料需有高的径向机电耦合系数谷机械品质因数，和电学品质因数介质损耗的倒数，以获得高的升压比，小的机械损耗和介质损耗67.本课组己有的研究发现掺氧化猛0.220.82丁压电陶瓷具有较优的机电性能，适合制作压电变压器8.笔者选用掺氧化锰质量分数为别记作，2，3，所制变压器模拟试样也分别用其试样，并测试了各项压电参数。此外，由于压电性能价值，笔片还系统研宄压电陶瓷变压器模拟试样的室温老化为。

1实验锰含请的叹化丁瓷粉，比汕粘合剂进行次造粒瓷粉加粘合剂压块后打碎过筛，再次压块打碎过筛，然后置于模具中干压成型，成型压力33成咽尺，然后将模拟试样素坯体置于电炉内，进行排胶和烧结。烧结好的试样经打磨抛光后，上端电极进行烧银如2型压电变压器，之后进入极化工序。

2.1压电变压器的性能测试器模拟试样的实物照片2，瑞的频率阻抗谱。压电变玉器的输入阻抗值殖频率变化而变化根据谱可以确定半波谐振频率夂2和全波谐振频率夂以及相应谐振电阻疋，21比外，从中还可以看到，在谐振和反谐振时，输入电压和电流间的相位肩为，输阻抗呈纯电阻忭；在这两个频率之输入1抗电感性；失谐时，输压电变压器瓷片的极化采用空气中高温极化的方法，这是因为变压器瓷片需要在两个不同方向上极化，即驱动部分需要沿厚度方向极化，而发电部分需要沿长度方向极化。压电变甩器的长度般为冲米清级，按迎常的硅油极化工艺则需要数万伏的乐。这种高压电源不1仅设济复杂，巨操作不安全，故前般采用空气高温极化的方法9.

高温极化的具体工艺如下将陶瓷片夹持在特制夹具上，放置于控温箱中升温，空气气氛。升温至100起，对输入端，输出端1时加卡，其中输入端9，输出端10.升温至高温度3300高于试样居里温度，保温而后降温至0撤去极化电压，整个极化过程约30.

极化好的压电变压器模拟试样静置24，线测试吒电性能。采142柬人1密；1抗分析仪测试室温下250压电陶瓷变压器模拟试样输入端的频率阻抗浩和出下输入端输出端的静电容量。

以及介质损耗1采科院声学所幻2型准静态必3测量仪测试输入端输端的压电常数必。

山于老化现象与其所处状态和热历史密切相关，因此我们选取极化后室温250静置2处后的时刻为老化时间零点。室温老化过程中，定期用14284型乙0民精密数字屯桥测试变压器试样输入端电容景和介质损耗，测试频率；用32型准静态而测量仪测试输入端的压电常数。

人阻抗呈电容性，电流超前电压。

试样编号从1中可以看到，压电变压器模拟试样的电容试和压电常数，随锰含景的增加，虽下降趋势，这是因为1以2+和1+的方式取代晶格中的4+和丁4位，为衡体系电价，品格上出现大量的闱空位。氧空位的出现使钙钛矿结构的维氧面体族产生明显的畸变，对电畴转向产生钉扎效应，阻碍了极化翻转。闪而陶瓷体系变硬，和18心咸小，从著增加181.

综合比较各项压电性能，2试样优，在全波谐振状态下具有低谐振电阻56，机械损耗小，此外，介质损耗也低，50，104，因而适合在全波谐振频率驱动状态下工作。

2.2压电陶瓷变压器的老化研究老化是压电铁屯陶瓷中普遍存在的现象，足村料微观状态自发改变过程的宏观现，对于老化现象的研究几仃重要的理论与实用价值61.

卡屯陶瓷极化时，极化电场迫使晶胞内无序排列转向，使品体轴方向改变，伴随着较大的应变。极化后，在内应力的作用下，己转向的90畴有部分复原而释放应力，但尚有定数量的剩余应力使陶瓷体仍处于不平衡的状态。电畴在剩余应力的作用下，随时间的延长复原部分逐渐增多，因此剩余极化强度不断下降，压电性能减弱。180畴的转向，虽然不产生应力，但转向后处于势能较高的状态，因此仍趋于重新分裂成180畴壁，这也怂引起老化的因素171.

此外，乇电陶瓷般还存在较多的间电荷如不等价掺杂所引起的空间电荷，这些空间电荷在极化输入端输出端压电陶瓷在极化后段时间内，压电参数的老化厅为般服从对数定律。该定律数学达忒如下点后时刻试样的压电参数为上述两点间的老化时间间隔；1为10倍时间老化率。

从4，6可以看到，介质损耗俸脱沟绯J3均在391左右趋于稳定，之前变动较大。这是因为压电陶瓷在极化后撤除电场的段较短时间内，保留大部分转向的90畴，因此它的剩余极化强度大。在这种状态下，较多的90新畴将恢复到极化前较大。此后，随着时间的推移，内应力不断释放，电性能参数的老化幅度也就品方地减慢并逐渐趋于个稳定值。

从4和6可，电容量和压电常数本3在老化前期39，基本遵从对数定律。应用函数拟合方法，分别得到电容量。和压电常数必3的老化方程。

前便限制了畴壁的运动。因此，在极化时就需要较高移，空叫电荷又会逐步重新积聚在打序排列电畴的两端。电畴两端等量的异性空间电荷起着屏蔽作用，因此，剩余极化强度逐渐减少，压电性能逐渐减弱193.

总之，老化的本质是极化后屯陶瓷的电畴由能量较高的状态，地转变到能量较低的状态，这是个不可逆过程。

笔者选取压电性能较优的，2试样进行老化研宄。

和压电常数办随时间变化的老化关系曲线。

电容量的老化厅程如压电常数如的老化方程如下=275.525.41lgmm3已有的研宄中，介质损耗般随老化时间的推移而减小，且满足对数定律。本实验中5，老化前期介质损耗却随老化，间的延长所增大，且并小满足对数定律。介质损耗的增大估计与内应力释放过程中电畴的转向有关，此外由于试样介质损耗很小3量级，测量相对误差较大，因而难于用线性函数进行拟合。

从以上实验结枭还可以到，存放时间较长的老化稳定值相对产初始伉变动并不火，这上要足丛以下两个因素其，极化时901转向产生的内应力，有部分能通过试样整体尺寸的形变来释放。极化后试样在极化电场方向的尺寸略为伸长，这就可以松他部分内应力，不会使所转向的90都恢复到极化前的无序状态。其，在晶体结构中，由于掺杂离子如锰离子会形成晶格畴和缺陷，这些缺陷也能够松弛部分内应力。

压电陶瓷经过长时间的老化，内应力得到充分释放，所以后会有大部分有序排列的180畴和部分有序排列的90畴，它们所提供的剩余极化强度与时间的推移无关。

3结论应工业制备技术制作了+，钻掺杂量的2，3种压电陶瓷变压器模拟试样，采用空气高溢极化的方法对以沈以玉电陶泛变压器端电极同时加压；压电性能测试结果明，2试样具有优对，2试样老化行为的研宄明，电容量，和压屯常数必。；的老化行为服从对数定律，线性拟合富佳成公司。压电陶瓷的原理与简介习。世界产品与技术，20柴荔英，邝安祥。压电陶瓷变压器与线绕电子变压器的比较习。电子白辰阳，桂治轮，李龙土。压电变压器的研究和开发进展习。压电与声金浩，董树荣，王德苗。压电变压器的研究现状习。电子元件与材料，2002，2192831.

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经测试该涂层在lkHz的阻抗值为48kU低于生物分子涂层在该频率的阻抗值6.

3结论采用新型的导电聚合物聚3，4氧化乙，噻吩00丁的衍生物，0丁，用电化学的方法成功地在神经元修补元件的电极上制得了导电涂层。所形成的，0丁，88及，0丁碟生物分子导电涂层均由于千扰离子强度太高造成的影响。应用流动相离子色谱法使待测离子与其它离子达到所要求的分辨率和操作时间，方法准确，可应用于铝腐蚀箔及化成箔中8，42的测定。

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