要想使压电陶瓷在驱动电压作用下产生形变,必须预先对其进行极化,使大部分的偶极子的方向朝同一个方向,如果此时加载电场方向与偶极子方向相同,(Z轴)压电陶瓷则会沿着电场方向膨胀形变(纵向效应),同时垂直电场方向会收缩(横向效应)。
压电陶瓷极化过程示意图:
压电陶瓷形变示意图:
相对形变量计算公式
相对形变量可以通过以下公式计算:
压电陶瓷为预先极化的铁电材料,他们的材料参数各向异性,取决于方向。
dij常数中第一个下角标表示极化电场的方向,第二个下角标表示的是产生形变的方向,对于中心轴对称型压电陶瓷来说X轴及Y轴形变量是一样的,因此X、Y轴的横向效应都可以称为d31。
芯明天典型的材料系数:
负号代表的是垂直电场方向的收缩,通常复合结构的压电陶瓷采用的压电材料为硬材料,叠堆型陶瓷所采用的压电材料为软材料。
为了便于理解,现在开始我们将只提纵向效应d33,lz=l,当然横向效应也可以用同一公式来推导。
公式中第一部分描述的是陶瓷作为具有刚度为CT长度为L0的弹性体的机械性能,第二部分表示的是陶瓷在电场E的作用下的伸长量。
当没有外电压加载在压电陶瓷上的时候(E=0)
压电陶瓷处于短路的状态,以上公式则变为:
这时压电陶瓷的形变量由压电陶瓷的刚度决定,由于外部负载对压电陶瓷产生压力T,压电陶瓷会被压缩形变。
例如:叠堆压电陶瓷的外部负载F=70N,导致长度被压缩形变为1μm,采用上述公式计算,很容易得出压电陶瓷的刚度为70N/μm。
不同外力或负载下压电陶瓷产生的形变会发生怎样的变化呢?敬请关注下期推送。
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