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技术文章

电学综合测试系统在无铅压电陶瓷全维度性能研发中的应用

点击次数:598 发布时间:2026/6/24 10:39:38

电学综合测试系统在无铅压电陶瓷全维度性能研发中的应用

锆钛酸铅(PZT)含铅压电陶瓷存在环保问题,无铅压电陶瓷(KNN、BNT、BT 基等)成为传感器、超声换能器、压电驱动器主流替代材料。压电陶瓷产业化研发需同步验证铁电滞回、压电系数、高温绝缘、介电温谱、TSDC 弛豫等多项电学指标,单一功能设备需多次拆装样品,试验周期长、接触误差大。HCTD-3000 功能材料电学综合测试系统集成多类测试模块,一套设备完成无铅压电陶瓷全维度电学表征,是高校科研院所与陶瓷企业新材料开发的集成平台。

一、无铅压电陶瓷研发测试现存痛点

1.设备分散、样品反复拆装:铁电、压电、介电、高温绝缘、TSDC 测试分属多台仪器,每更换一项指标需重新装夹、极化,易引入接触偏差,无法保证同一样品测试条件统一;

2.温电耦合测试能力缺失:压电陶瓷器件长期高低温工况下性能漂移明显,多数单一设备仅支持常温测试,难以同步分析温度对极化、压电系数、绝缘电阻的耦合影响;

3.数据割裂,机理分析难度大:多台设备生成单独数据文件,无法联动对比电畴翻转、分子弛豫、漏电衰减之间的内在关联,难以完整解释无铅陶瓷性能劣化机理;

4.拓展改造成本高:若后续新增热电、电卡效应等研究项目,传统单功能设备需整套采购,硬件投入大、实验室布局繁琐。

二、集成多模块集成,一站式完成压电陶瓷表征

HCTD-3000 内置全套适配无铅压电陶瓷的测试单元,无需更换测试工装即可完成全套性能检测:

1.铁电测试模块:支持动 / 静态电滞回线、疲劳、保持、印迹、漏电流、脉冲极化测试,准确提取剩余极化、矫顽场,评判无铅陶瓷电畴可逆翻转能力;

2.压电系数测试模块:兼容静态 d33 测量与动态干涉仪位移法测试,量化压电应变系数,作为器件灵敏度选型依据;

3.介电温谱模块:宽频变温采集介电常数、损耗、阻抗、品质因数,定位陶瓷相变温度,分析温频对介电性能的影响;

4.高温绝缘电阻模块:评估高温工况下陶瓷漏电水平,预判器件长期高压工作绝缘失效风险;

5.TSDC 热刺激电流模块:解析分子弛豫、陷阱能级、玻璃化转变,厘清无铅陶瓷老化、电荷滞留底层机理。

整套系统预留标准化通讯接口,可按需拓展热释电、塞贝克热电、电卡效应、高温四探针等功能,一套设备覆盖基础研发到机理研究全部测试需求。

三、宽域变温适配,还原压电器件实际服役工况

系统配套多级温控组件,薄膜试样可覆盖 - 196℃~600℃,块体陶瓷支持室温至 800℃高温测试,完整模拟低温传感、高温驱动等各类器件使用环境。研发人员可同步开展变温铁电、变温介电、高温绝缘联测,直观观测温度升高过程中无铅陶瓷矫顽场漂移、介电损耗突增、绝缘电阻衰减的联动规律,为陶瓷烧结、极化工艺优化提供温电耦合数据支撑。

四、多重稳定防护 + 计量级测量,保障数据可靠

整机搭载 TVS 过压、过流、过温多级防护,高压极化、高温长时间试验稳定稳定。设备出厂联合计量院完成对标校准,硬件测量准度满足科研文章、产品型式检测标准。配套人性化集成软件,统一管理全部测试流程,自动生成各类特征曲线,支持批量导出数据报表,省去多设备分开记录、手动拟合的繁琐流程,大幅降低人为误差。

五、定制化工装配套,适配各类陶瓷试样

依托企业 CNC 准确加工产线,可根据无铅陶瓷块体、薄片、薄膜、圆片异形试样定制专用电极、夹具与载台。针对 KNN、BNT 等易受潮、高温易挥发体系陶瓷,可配套密封气氛腔体、防氧化治具,解决特殊样品测试过程变质问题,满足不同配方、不同成型工艺试样平行对比试验需求。


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