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超声波换能器上压电陶瓷的老化现象

来源： | 发布日期：2023-02-03

超声波换能器中的压电陶瓷在经过极化,上电极时暂时加热到高温或受到其他较大的扰动后,其参数将随时间发生变化,这种现象称为老化。超声波换能器中压电陶瓷极化后将开始新的老化周期,其性能随时间的变化规律是:介电常数,介质损耗和机电耦合系数减小;机械品质国数,弹性劲度常数和频率常数增加。其性能随极化后的时间变化如图 1.6 所示。

图1.6

老化率通常可用下式表示：

1.3

式中,y是要研究的参数,y(t1)是在扰动以后单位时间(例如 1 天)的数值,c是表征所要研究的材料参数的系数。当c 与时间无关时,上式积分得：

1.4

由此可见,c'代表每十倍时间参数 y的变化率,称为老化率,它是材料的时间稳定性的量度。典型参数的老化率数值为:对于频率常数,在 0.05％～0.5％之间,对于机电耦合系数和介电常数,c'在一0.5％~-5％之间。机械品质因数QM具有更高的正老化率,介质损耗具有更高的负老化率。

式(1.3)中的系数c并不是常数,否则,按变化规律参数在足够长的时间后将趋于零或无穷大。c 本身也随时间变化,通常它的绝对值下降,因此式(1.4)是近似的。对典型的钛酸钡压电陶瓷,在极化后,从 1 天到 10 天,频率常数增加0.54％;从 10 天到 100 天,增加0.51%;从 100天到1000天,增加0.42%。

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