ICS31-030 L90 中华人民共和国国家标准 GB/T16304—2008 代替GB/T16304—1996 压 电陶瓷材料性能测试方法 电场应变特性的测试 Testmethodsofthepropertiesforpiezoelectricceramics— Testforrelationbetweenelectricfieldandstrain 2008-08-04发布 2009-02-01实施 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局 中国国家标准化管理委员会发布前 言 本标准代替GB/T16304—1996《压电陶瓷电场应变特性测试方法》。 本标准与GB/T16304—1996相比,主要有下列变化: ———补充了相关术语和定义; ———增加了“激光多普勒测振法”和测试原理图; ———细化了测试步骤; ———修改了附录A和附录B,将其内容列入了标准正文。 本标准由中国船舶重工集团公司提出。 本标准由全国海洋船标准化技术委员会船用材料应用工艺分技术委员会归口。 本标准起草单位:中国船舶重工集团公司第七一五研究所。 本标准主要起草人:余锁龙、盖学周、魏薇、汪跃群。 本标准所代替标准的历次版本发布情况为: ———GB/T16304—1996。 ⅠGB/T16304—2008 压电陶瓷材料性能测试方法 电场应变特性的测试 1 范围 本标准规定了压电陶瓷材料在外电场作用下静态和动态应变特性的测试条件、方法原理、测试步骤 和测试结果的表述等。 本标准适用于压电陶瓷材料电场应变特性的测试。 2 规范性引用文件 下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用文件,其随后所有 的修改单(不包括勘误的内容)或修订版均不适用于本标准,然而,鼓励根据本标准达成协议的各方研究 是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件,其最新版本适用于本标准。 GB/T3389.1 铁电压电陶瓷词汇 3 术语和定义 GB/T3389.1确立的以及下列术语和定义适用于本标准。 3.1 静态应变量 quantumofstaticstrain 压电陶瓷材料在直流电场激励下,某方向产生的形变与该方向的原始尺寸的比值。 3.2 静态应变特性 propertiesofstaticstrain 静态应变量随直流激励电场强度的变化关系。 3.3 动态应变量 quantumofdynamicstrain 压电陶瓷材料在交流电场激励下,某方向产生的最大振幅(谐振频率下)与该方向的原始尺寸的 比值。 3.4 动态应变特性 propertiesofdynamicstrain 动态应变量随交流激励电场强度的变化关系。 4 测试条件 4.1 大气条件 4.1.1 正常大气条件 测试场所的正常大气条件要求如下: a) 温度:15℃~35℃,测试过程中的温度变化应控制在±2℃范围内; b) 相对湿度:45%~75%; c) 气压:86kPa~106kPa。 1GB/T16304—2008 4.1.2 仲裁大气条件 测试场所的仲裁大气条件要求如下: a) 温度:25℃±2℃; b) 相对湿度:45%~55%; c) 气压:86kPa~106kPa。 4.2 样品 4.2.1 静态应变特性被测样品宜采用矩形或圆柱形样品。矩形样品推荐尺寸为:70mm×20mm× 5mm;圆柱形样品推荐尺寸为:15mm×ϕ6mm。 4.2.2 动态应变特性被测样品应符合以下要求: a) 按不同振动模式,长条样品的长度l、宽度b和厚度t满足(l/b)2≥10、(l/t)2≥10;薄圆片样品 的直径d与厚度t之比d/t≥10; b) 样品的基音频率与使用的测振仪的频率范围相适应。 4.2.3 样品应保持清洁干燥,极化后存放72h,并在4.1.1规定的条件下放置2h后进行测试。 5 仪器设备 测试用仪器和设备应满足下列要求: a) 可调式直流电源:电压范围±5kV,纹波系数不大于1%; b) 信号发生器:输出信号频率范围20Hz~1MHz,最大允许误差为读数的±0.01%;输出电压 范围0V~10V,最大允许误差±0.01%; c) 数字示波器:垂直灵敏度不大于2mV/格,幅度最大允许误差±1.0%,频带宽度0MHz~ 20MHz; d) 迈克尔逊激光干涉仪:分辨率不大于λ/8; e) 激光多普勒测振仪:速度档位分为10mm/s/V、50mm/s/V两档,分辨率不大于0.2μm/s; f) 贝塞尔函数高频激光干涉测振仪:测量范围0.0020μm~0.3780μm,最大允许误差±5%; g) 电感测微仪:测量范围-100μm~100μm,分辨率不大于0.1μm; h) 电容测微仪:测量范围-50μm~50μm,分辨率不大于0.1μm。 6 静态应变特性测试 6.1 一般原则 静态应变特性测试有激光干涉法、电感法和电容法等三种方法,其中激光干涉法为仲裁的测试 方法。 6.2 激光干涉法 6.2.1 方法原理 利用光干涉原理,使样品在外加直流电场作用下产生形变(位移),通过对物光进行调制,使干涉条 纹变化,从而得到被测物体形变量。测试原理图见图1。 2GB/T16304—2008 s———分光镜; 0———物光; e———参考光。 图1 激光干涉法测试原理图 6.2.2 测试步骤 激光干涉法按下列步骤进行测量: a) 按图1所示,将样品一端垂直地粘紧在刚性质量块上,然后将一块直径不大于ϕ10mm、厚度约 1mm的平面全反射镜粘贴于另一端面中心处,样品接入可调式直流电源; b) 调整迈克尔逊激光干涉仪处于正常工作状态; c) 开启可调式直流电源; d) 依照条纹整数变化规律,按升高、下降,反向升高、下降的顺序缓慢调节电压,观察干涉条纹的 移动,并记录电压和对应的移动条纹数。 注:在电压回到零时,可能存在剩余条纹(即剩余形变)。 6.2.3 应变量的计算 根据条纹数的改变,按公式(1)和公式(2)计算相应的形变量和应变量。 Δl=nλ 2…………………………(1) S=Δl l…………………………(2) 式中: Δl———一定电压作用下,样品产生的形变量的数值,单位为毫米(mm); n———一定电压下读得的移动条纹数的数值,n为正整数; λ———激光波长的数值,单位为毫米(mm); S———一定电压作用下,样品产生形变量Δl时对应的应变量; l———样品被测方向上的长度的数值,单位为毫米(mm)。 6.3 电感法 6.3.1 方法原理 利用电感测微仪接触被测样品,被测样品产生形变时将改变测微仪电感探头中的电感量,从而达到 3GB/T16304—2008 测量形变的目的。测试原理图见图2。 图2 电感(电容)法测试原理图 6.3.2 测试步骤 电感法按下列步骤进行测量: a) 按图2所示,安装并连接好仪器设备; b) 调节电感探头位置使之与被测样品表面接触,电感测微仪调零; c) 按照升高、下降,反向升高、下降的顺序,缓慢连续调节可调式直流电源的电压,记录施加电压 和相应的形变量。 6.3.3 应变量的计算 根据测量的形变量,按公式(2)计算相应的应变量。 6.4 电容法 6.4.1 方法原理 利用电容测微仪,使被测样品与该测微仪的探头构成电容的两个极板,当被测样品产生形变时,将 改变两极板间的距离,从而达到测量形变的目的。测试原理图见图2。 6.4.2 测试步骤 电容法按下列步骤进行测量: a) 按图2所示,安装并连接好仪器设备; b) 调节电容测微仪探头与被测样品表面之间的距离,使其在电容测微仪的有效测量范围内,固 定好探头,将电容测微仪调零; c) 按照升高、下降,反向升高、下降的顺序,缓慢连续调节可调式直流电源的电压,记录施加电压 和相应的形变量。 6.4.3 应变量的计算 根据测量的形变量,按公式(2)计算相应的应变量。 6.5 测试结果的表述 根据记录的数据,作出被测样品的静态应变量S与外加直流电场强度EDC之间的关系曲线;结果也 可列表表示。 7 动态应变特性测试 7.1 一般原则 动态应变特性测试有激光多普勒测振法和贝塞尔函数高频激光干涉法两种方法,其中激光多普勒 4GB/T16304—2008