一種壓電極化裝置的製作方法
2023-05-25 16:07:51 1
本發明涉及材料技術領域，尤其涉及一種壓電極化裝置。
背景技術：
壓電陶瓷作為機械性能和電性能互相轉換的功能性材料，被廣泛應用與通訊、測量、生物、航天等各個領域。對於材料專業的專業來說，壓電材料綜合實驗是比較好的實驗項目，就實驗內容來說，該實驗可以掌握陶瓷類設計配比燒結的全部過程，其性能也包括了材料中常用的介電常數、損耗、電滯回線等內容，並且該實驗使用儀器簡單，製備過程只需要高溫爐，性能檢測主要部分d33、機電耦合係數、介電常數、損耗所用的d33測定儀、阻抗分析儀、lcr電橋價格都比較便宜。但是壓電材料從製備到性能測試中間有一個必不可少的步驟-極化，極化後的壓電陶瓷才能使材料中的電疇保持同一方向，從而使陶瓷具有宏觀壓電性以進行性能測試或者使用。根據極化的條件，需要壓電極化設備具有可加熱至200℃並可以進行溫度測量、可以多樣品同時極化、更換樣品方便，最重要的是，極化一般都需要幾千伏的電壓，實驗的安全性至關重要，而目前市場上並無合適的可供實驗室使用的極化設備。
技術實現要素：
本發明的目的在於解決上述現有技術存在的缺陷，提供一種極化試驗過程中安全可靠的極化裝置。
一種壓電極化裝置，包括：高壓電源、多通道電流測量裝置、極化夾具、加熱裝置、控溫裝置、安全防護裝置；
所述高壓電源與極化夾具連接用於極化夾具上固定的試樣；
所述多通道電流測量裝置與極化夾具連接用於測量極化夾具中各個極化支路的電流；
所述加熱裝置用於為極化夾具加熱；
所述安全防護裝置與高壓電源串聯，用於控制高壓電源的通斷。
進一步地，如上所述的壓電極化裝置，所述安全防護裝置為一個門控開關，所述門控開關包括行程開關sq和接觸器km。
進一步地，如上所述的壓電極化裝置，所述極化夾具包括：黃銅底板、上木板、設置在黃銅底板與上木板之間的銅棒；所述銅棒包括設置在黃銅底板四個角的支撐銅棒以及設置在四個支撐銅棒之間的若干夾具銅棒；所述夾具銅棒的上端設置有用於固定試樣的彈簧；
所述多通道電流測量裝置與所述若干夾具銅棒分別連接；
所述多通道電流測量裝置為與夾具銅棒連接的微安表。
進一步地，如上所述的壓電極化裝置，所述加熱裝置為將極化夾具浸泡在其中的油浴裝置，所述油浴裝置中採用二甲基矽油作為加熱油浴。
有益效果：
本申請提供的壓電極化裝置，由於將，門控開關與高壓電源連接，從而使得該裝置使用更安全，而且該裝置便於搭建、使用方便；另外，本申請通過將多通道電流測量裝置與極化夾具連接，從而可以便於發現極化時被擊穿的陶瓷片。
附圖說明
圖1為本發明壓電極化裝置結構示意圖；
圖2為本發明極化夾具結構示意圖。
具體實施方式
為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面對本發明中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。
如圖1所示，本發明提供一種壓電極化裝置，包括：高壓電源、多通道電流測量裝置、極化夾具、加熱裝置、控溫裝置、安全防護裝置；
所述高壓電源與極化夾具連接用於極化夾具上固定的試樣；
所述多通道電流測量裝置與極化夾具連接用於測量極化夾具中各個極化支路的電流；
所述加熱裝置用於為極化夾具加熱；
所述安全防護裝置與高壓電源串聯，用於控制高壓電源的通斷。
所述安全防護裝置為一個門控開關，所述門控開關包括行程開關sq和接觸器km。
具體地，電疇方向與外加電場一致，此後陶壓電陶瓷作為壓電材料，具有壓電效應及逆壓電效應，可以完成電能和機械能的相互轉化。但是沒有極化過的壓電陶瓷，其內部的電疇排布方向是散亂沒有規律的，陶瓷整體並不表現出壓電性。壓電陶瓷在測試、使用前，必須預先給陶瓷加上電場，使得各個電瓷即表現出壓電性，可以作為壓電材料使用。極化的電場需要超過壓電陶瓷的矯頑電場，一般的壓電陶瓷材料，需要的極化電場為3000-7000v/mm，而有時為了達到更好的極化效果，同時避免極化電壓太高，需要對在極化的同時對樣品進行加熱。
基於上述的需要，壓電極化裝置需要包含以下部分：高壓電源、多通道電流測量裝置、極化夾具、加熱裝置、控溫裝置、安全防護裝置。為了便於整套設施的搭建，極化系統中高壓電源採用成品的高壓電源，可輸出10000v直流電壓，溫控系統利用恆溫油浴實現，因為極化時電壓較高，大於空氣的擊穿強度(大約2000v/mm)，所以極化過程樣品及夾具需要浸泡的絕緣油中，同時可使用恆溫油浴實現極化的溫度測量控制。
對於壓電陶瓷極化來說，因其常用極化電壓可以達到3000-7000v，所以安全措施是使用的前提。對於極化設備的安全措施，首先整套極化裝置放置於8mm厚的絕緣墊上；其次，裸露的低壓金屬部分都要進行接地處理；考慮到夾具需要在油浴中加熱，高壓部分難以絕緣遮擋，本發明使用門控開關來控制高壓電源的通斷。所述加熱裝置為將極化夾具浸泡在其中的油浴裝置，所述油浴裝置中採用二甲基矽油作為加熱油浴。
因極化電壓高，極化時樣品及夾具下半部分都浸泡在矽油中。需要加熱時，加熱裝置對矽油進行加熱，控溫置控制加熱溫度，本發明使用的是一個油浴裝置實現控溫及加熱。電流測量裝置為幾個微安表，分別測量每個極化支路的電流。高壓電源是提供極化時的高壓。
如圖2所示，所述極化夾具包括：黃銅底板1、上木板2、設置在黃銅底板1與上木板2之間的銅棒；所述銅棒包括設置在黃銅底板四個角的支撐銅棒31以及設置在四個支撐銅棒31之間的若干夾具銅棒32；所述夾具銅棒32的上端設置有用於固定試樣的彈簧321；
所述多通道電流測量裝置與所述若干夾具銅棒32分別連接；
所述多通道電流測量裝置為與夾具銅棒32連接的微安表。
具體地，夾具系統是整個極化裝置的核心，按照極化的需要，夾具系統需要便於安裝更換試樣、操作安全、可加熱、並且可同時對幾個試樣進行極化。極化夾具主體由下面黃銅板及上面厚電木板組成，四角用四根m10銅螺杆作為支撐，黃銅板使用時浸泡在矽油中，連接極化電源的高壓端，厚電木板作為支撐絕緣材料，同時厚板子可以更好限定連接低壓端的銅棒的位置。樣品通過帶彈簧的低壓端連接棒來固定，根據不同需要以及加熱油浴裝置的大小，可設計不同數目的夾頭數量，同時極化的樣品數目可根據連接線路的線夾來調節。此夾具油浴中部分全部為黃銅材料，極化時可加熱到的最高溫度可達到矽油的最高使用溫度(大約300℃)，比常用的聚四氟乙烯絕緣材料使用溫度更高。
最後應說明的是：以上實施例僅用以說明本發明的技術方案，而非對其限制；儘管參照前述實施例對本發明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特徵進行等同替換；而這些修改或者替換，並不使相應技術方案的本質脫離本發明各實施例技術方案的精神和範圍。