高溫應(yīng)用對壓電材料性能的要求

根據(jù)實(shí)際應(yīng)用情況，高溫應(yīng)用對壓電材料性能的要求有高TC，高壓電常數(shù)，高電阻率及良好的機(jī)械強(qiáng)度等。

居里溫度

對于高溫應(yīng)用，壓電材料必須具有高的TC，當(dāng)溫度超過TC時(shí)，壓電材料的晶格結(jié)構(gòu)將發(fā)生轉(zhuǎn)變，并失去自發(fā)極化，壓電活性也隨之消失，所以TC為壓電材料應(yīng)用的理論上限溫度。同時(shí)，壓電材料在使用前必須通過極化工藝使其電疇盡可能的定向排列以獲得良好的壓電性能，但這種定向排列的電疇熱力學(xué)不穩(wěn)定，所以有恢復(fù)到原始狀態(tài)的趨勢。

當(dāng)溫度升高時(shí)，這一過程將越來越明顯，使材料的壓電性能在高溫下出現(xiàn)明顯老化。因此，壓電材料的實(shí)際使用溫度遠(yuǎn)低于材料的TC。

壓電常數(shù)壓電常數(shù)d（d33、d15等）也是一個(gè)重要參數(shù)，它反映了壓電材料在應(yīng)力作用下產(chǎn)生電荷大小的能力。壓電常數(shù)高即意味著器件的電荷靈敏度高，相同電荷靈敏度下可減小器件的體積，達(dá)到小型化的目的。然而在實(shí)際材料中，高TC。和高壓電常數(shù)不可兼得，如圖1所示。 

電阻率高電阻率可減小極化過程中的漏電流，避免材料被高壓擊穿。同時(shí)，高電阻率能使壓電材料在應(yīng)力下產(chǎn)生的電荷維持更長的時(shí)間以被探測到。電荷可被維持的時(shí)間與RC時(shí)間常數(shù)成正比。對于傳感器應(yīng)用而言，其可以使用的小頻率極限fLL=1/(2πRC)（1）

當(dāng)?shù)陀?/font>fLL時(shí)，電荷將在被傳感器探測到之前以漏電流的形式流走，通過提高材料的電阻率來達(dá)到提高RC時(shí)間常數(shù)的目的，從而降低fu，擴(kuò)大傳感器使用的頻率范圍口。

機(jī)械強(qiáng)度機(jī)械強(qiáng)度也是高溫應(yīng)用中的一個(gè)問題，當(dāng)壓電傳感器工作于高溫狀態(tài)時(shí)，基本處于一定的應(yīng)力場中。若作為器件核心的壓電材料抗拉伸和剪切能力很弱，當(dāng)材料各向異性較強(qiáng)時(shí)，由于熱膨脹造成較大的剪切應(yīng)力使陶瓷出現(xiàn)裂紋以致破壞。