DE2520058C3

DE2520058C3 - Verfahren zur Einstellung der Polarisation eines ferroelektrischen Werkstoffbausteines

Info

Publication number: DE2520058C3
Application number: DE19752520058
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: Hermann Mülheims KG Elektro Technik vorm. Heinrich Dummen, 4100 Duisburg
Filing date: 1975-05-06
Publication date: 1977-11-10

Description

Die Erfindung bezieht sich gattungsgemäß auf ein Verfahren zur Einteilung der Polarisation eines ferroelektrischen Werkstoffbausteines der Elektrotechnik, der eine durch Koerzitivfeldstärke und Remanenzwert der Polarisation definierte Hystereseschleife aufweist, wobei die Polarisation durch ein polendes elektrisches Feld bestimmt und außerdem durch ein elektrisches Wechselfeld beeinflußt wird.

Im Rahmen der bekannten Maßnahmen (Druckschrift Valvo GmbH »Piezoxide Wandler, Grundlagen und Anwendungen«, 1968, Seite 21) gelangt der polarisierte Werkstoffbaustein gleichsam zufällig in den Einfluß eines Wechselfeldes, welches am Einsatzort vorhanden ist. Dabei wurde festgestellt, daß auch eine Depolarisation stattfinden kann. Somit beeinflussen diese bekannten Maßnahmen zwar die Polarisation des ferroelektrischen Werkstoffbausteines, sie bringen jedoch keine definierte Stabilisierung des Remanenzzustandes.

Im übrigen ist es bekannt (US-PS 29 28 163) bei der Polarisation eines Werkstoffbausteines mit Hilfe eines polenden elektrischen Feldes eben dieses polende elektrische Feld umzupolen. Dabei dauert eine erste Polung einige Minuten, die Temperatur des zu polenden Werkstoffbausteins liegt zwischen 50 bis 150⁰C. Man erstrebt auf diese Weise bei ferroelektrischen Werkstoffen eine höhere Polarisation und (nach Abschalten des elektrischen Feldes) einen höheren Remanenzwert dieser Polarisation. Durch Umpolung der polenden Gleichspannung kann eine Erhöhung des Betrages der Polarisation erreicht werden. Es tritt zunächst ein Abbau des vorhandenen Polarisationszustandes ein, während anschließend der Aufbau eines neuen Polarisationszustandes mit einer der ursprünglichen Polarisation entgegengesetzten Polarisationsrichtung erfolgt. Die Probleme um die Stabilisierung des Remanenzzu-Standes bei einem ferroelektrischen Werkstoffbaustein sind dadurch nicht beeinflußt worden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem ferroelektrischen Werkstoffbaustein eine definierte Stabilisierung des Remanenzzustandes herbeizuführen, und zwar mit dem Ergebnis, daß nach der Behandlung der erfindungsgemäß stabilisierte ferroelektrische Werkstoffbaustein gegenüber zufälligen Einflüssen aus Wechselfeldern am Verwendungsort unempfindlicher ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe lehrt die Erfindung, daß der Werkstoffbaustein im gepolten Remanenzzustand dem elektrischen Wechselfeid ausgesetzt wird und daß das Wechselfeld eine Frequenz im Schallbereich sowie eine Amplitude, die etwa das 0,3- bis 0,7fache der Koerzitivfeldstärke beträgt, aufweist. — Vorzugsweise wird mit einer Frequenz von 10 bis 100 Hertz gearbeitet, und vorzugsweise wird eine Amplitude verwirklicht, die etwa das 0,5fache der Koerzitivfeldstärke ausmacht.

Die erreichten Vorteile sind darin zu sehen, daß ein ferroelektrischer Werkstoffbaustein der Elektrotechnik, der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren behandelt ist, einen sehr stabilen Remanenzzustand aufweist, ohne daß eine thermische Alterung erforderlich ist. Sowohl elektrische als auch mechanische Depolarisationen sind wesentlich geringer als im nichtstabilisierten Fall. Das wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels mit graphischer Darstellung in Form von Meßkurven ausführlicher erläutert:

Als Beispiel diene der Vergleich zweier Meßkurven, die die Depolarisation einer gepolten PLZT-Probe (6.25/50/50) einmal aus dem unstabilisierten Remanenzzustand und zum anderer, aus dem stabilisierten Remanenzzustand heraus darstellen.

Die Probe wurde mit zweifacher Koerzitivfeldstärke gepolt. Anschließend wurde durch ein der Polungsrichtung entgegengerichtetes elektrisches Feld depolarisiert (obere Kurve: A'—x).

Im stabilisierten Fall (untere Kurve: 0—0) wurde vor dem Depolarisieren ein Wechselfeld angelegt:

Netzfrequenz (50 Hz),
sin — Form,
1/2 E_tals Amplitude,
20 see Einschaltdauer.

Aufgetragen sind auf der Abszisse das depolarisierende Feld E in KV/cm und auf der Ordinate die Depolarisation in % bezogen auf den durch Polung mit 2 E_t.erreichten maximalen Remanenzwert.

Ein Vergleich der beiden Kurven zeigt deutlich, daß

die Depolarisation im stabilisierten Fall — bezogen auf den Ausgangswert — wesentlich geringer ist als im nichtstabilisierten. — Der Ausgangsremanenzwert nimmt durch die Stabilisierung um ca. 6% ab.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Verfahren zur Einstellung der Polarisation eines ferroelektrischen Werkstoffbaustein* ' r Elektrotechnik, der eine durch Koerzhiv; lärke und Remanenzwert der Polarisation defii >.i ie Hystereseschleife aufweist, wobei die Polarisation durch ein polendes elektrisches Feld bestimmt und außerdem durch ein elektrisches Wechselfeld beeinflußt wird, dadurch gekennzeichnet, daß zum Zwecke der Stabilisierung des Remanenzzustandes der Werkstoffbaustein im gepolten Remanenzzusland dem elektrischen Wechselfeld ausgesetzt wird und daß das Wechselfeld eine Frequenz im Schallbereich sowie eine Amplitude, die etwa das 0,3- bis 0,7fache der Koerzitivfeldstärke beträgt, aufweist.