压电陶瓷南平s11变压器的试制及其老化行为研究

　　压电陶瓷南平s11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。相对于传统线绕式南平s11变压器，压电陶瓷南平s11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，且具备体积小质量轻等优异性能，特别适应电子电路向集成化发展。片压电南平s11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。

　　本课组己有的研究发现掺氧化猛压电陶瓷具有较优的机电性能，适合制作压电南平s11变压器。江苏溪河海南平s11变压器选用掺氧化锰质量分数，所制南平s11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，笔片还系统研究压电陶瓷南平s11变压器模拟试样的室温。

　　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，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，上端电极进行烧银型压电南平s11变压器，之后进入极化工序。

　　压电南平s11变压器的性能测试器模拟试样。压电变玉器的输入阻抗绝对值殖频率变化而变化根据谱可以确定半波谐振频率和全波谐振频率以及相应谐振电阻，此外，从中还可以看到，在谐振和反谐振时，输入电压和电流间，输阻抗呈纯电阻；在这两个频率之输入抗电感性；输压电南平s11变压器瓷片的极化采用空气中高温极化的方法，这是因为南平s11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。压电变甩器的长度一般为冲米清级，按迎常的硅油极化工艺则需要数万伏。这种高压电源不仅设计复杂，操作不安全，故采用空气高温极化的方法。

　　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，对输入端输出端加卡，其中输入端、输出端升温至最高温度高于试样居里温度，保温而后降温至去极化电压，整个极化过程约30。

　　极压电化好的南平s11变压器模拟试样静置，线测试电性能。抗分析仪测试室温下250压电陶瓷南平s11变压器模拟试样输入端的频率阻抗浩和输入端输出端的静电容量。

　　由于老化现象与其所处状态和热历史密切相关，因此我们选取极化静置后的时刻为老化时间零点。室温老化过程中，定期用精密数字测试南平s11变压器试样输入端电容景和介质损耗，测试频率用准静态测量仪测试输入端的压电常数。

　　试样编号从1中可以看到，压电南平s11变压器模拟试样的电容试和压电常数，随锰含景的增加，虽有下降趋势，这是因为1以2+和1+的方式取代晶格中的4+和4位，为衡体系电价，品格上出现大量的空位。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。

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

　　压电陶瓷南平s11变压器的老化研究是压电铁屯陶瓷中普遍存在的现象，是微观状态自发改变过程的宏观现象。

　　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，己转向的部分复原并释放压力，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。

　　此外，压电陶瓷南平s11变压器还存在较多的电荷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服从对数定律。

　　介质损耗均趋于稳定，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，保留大部分转向的范畴，因此它的剩余极化强度最大。在这种状态下，较多的新畴将恢复到极化前。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减慢并逐渐趋于个稳定值。

　　电容量和压电常数在老化前期，基本遵从对数定律。应用函数拟合方法，分别得到电容量。和压电常数的老化方程。

　　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。

　　总之，老化的本质是极化后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试样进行老化研宄。

　　电容量的老化方程如压电常数的老化方程，在已有的研究中，介质损耗随老化时间的推移而减小，且满足对数定律。本实验中，老化前期介质损耗却随老化间的延长所增大，并满足对数定律。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，测量相对误差较大，因而难于用线性函数进行拟合。

　　从以上实验结果还可以到，存放时间较长的老化稳定值相对初始值变动并不火，极化时转向产生的内应力，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，这就可以松弛部分内应力，不会使所转向的都恢复到极化前的无序状态。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，所以最后会有大部分有序排列和部分有序排列，它们所提供的剩余极化强度与时间的推移无关。

　　结论应工业制备技术制作电陶瓷南平s11变压器模拟试样，采用空气高溢极化的方法对以电陶泛南平s11变压器端电极同时加压；压电性能测试结果明，试样具有最优对，试样老化行为的研究表明，电容量的老化行为服从对数定律。