Температура Кюри в пьезокерамике: что нужно знать для работы при высоких температурах

1. Проблемы температуры для высокотемпературной пьезокерамики

Недавно клиенты часто звонят с вопросами о высокотемпературной пьезокерамике. Им нужна работа при температурах 300–400°C. Стандартные изделия из пьезокерамики здесь не подойдут. Мы предлагаем специальные заказные высокотемпературные пьезокерамические элементы, изготавливаемые под индивидуальные требования.

Что ограничивает рабочую температуру обычных пьезокерамических продуктов? Кроме снижения характеристик, роста электрических потерь и ограничений изоляционных материалов или контактов, ключевой фактор — температура Кюри.

2. Что такое температура Кюри пьезокерамики

Сегодня разберем, что представляет собой температура Кюри пьезокерамики.

Рис.1. Коэффициент связи в зависимости от температуры

Температура Кюри пьезокерамики — это температура фазового перехода пьезоматериала из ферроэлектрической (сегнетоэлектрической) фазы в параэлектрическую. У всех пьезокерамических изделий есть критическая температура Tc, или температура Кюри. Ниже этой отметки пьезокерамика находится в ферроэлектрической фазе с упорядоченной доменной структурой: она поляризована. При превышении Tc происходит переход в параэлектрическую фазу — кристаллическая решетка перестраивается, дипольный момент становится хаотичным, поляризация нарушается. Это явление называется деполяризацией.

При температурах ниже 260 K ферроэлектрические свойства пьезокерамики постепенно ослабевают с понижением температуры.

Температура Кюри зависит от состава пьезоматериала. Обычно для низковольтных многослойных спеченных пьезоактюаторов — 150°C, для композитных конструкций — около 350°C. Специальные высокотемпературные составы, полученные методом направленного легирования, достигают 430°C.

3. Вопросы и ответы клиентов

3.1. Может ли пьезокерамика работать при температуре выше Кюри?

Как мы отметили выше, превышение температуры Кюри приводит к деполяризации. Пьезокерамика перестает функционировать нормально.

3.2. Деполяризованная из-за высокой температуры пьезокерамика — это навсегда?

Нет, конечно. Ее можно реполяризовать под напряжением. Реполяризация возможна: подайте на электроды 150 В на 5 секунд и более — свойства восстановятся.

3.3. Если в спецификации нет рабочей температуры, как определить безопасный предел по температуре Кюри?

Мы рекомендуем использовать пьезокерамику при температурах, не превышающих половину от температуры Кюри (Tc/2). Это «золотой стандарт» для обеспечения долговременной стабильности параметров. Ферроэлектрические свойства полностью утрачиваются при превышении Tc, поэтому рабочий диапазон всегда должен быть ниже этой температуры.

3.4. Могут ли два пьезоматериала с разной температурой Кюри иметь идентичные остальные характеристики?

Нет. Если температура Кюри сильно отличается, изменятся и другие свойства. Невозможно скорректировать только Tc, не затронув остальное.

4. Требуется высокотемпературная пьезокерамика?

Мы разрабатываем и производим пьезоэлементы с температурой Кюри до 430°C под ваши задачи. Свяжитесь с нашим отделом продаж: sales@he-shuai.ru