ICS31.030 L 90 SJ 备案号： 中华人民共和国电子行业标准 SJ/T11469—2014 压电陶瓷材料性能测试方法 切变压电应变常数di5的准静态测试 Testmethods for thepiezoelectricproperties of ceramics shearpiezoelectric strainconstantdistestingonquasi-staticprinciple 2014-10-14发布 2015-04-01实施 发布 中华人民共和国工业和信息化部 SJ/T11469—2014 前言 本标准按GB/T1.1-2009给出的规则起草。 本标准由全国半导体设备和材料标准化技术委员会（SAC/TC203）提出并归口。 本标准起草单位：中国科学院声学研究所。 本标准主要起草人：潘潮、陈守六、易晓星、章力旺、龚莉莉。 SJ S STA ND SJ/T11469—2014 引 言 切变压电应变常数ds是表征压电陶瓷材料压电性能的一个重要参数，过去通常采用动态法对其测 量，但由于动态法测量较复杂，且对被测样品的形状尺寸有特殊要求，因此对实用压电元件（不一定能 满足动态法对形状尺寸要求）的测量往往无能为力。2007年，中国科学院声学研究所在国内外首先研制 出采用准静态法测量压电陶瓷切变压电应变常数ds的测试装置2），可以简单、快速、准确的测得压电陶 瓷元件的切变压电应变常数d5，同时形成产品销往国内外，至今在行业内已拥有一定用户，但由于目前 国内外还尚无一个准静态法测量压电陶瓷切变压电应变常数ds的国际标准以及国家标准或行业标准供 他们使用，为了进一步向行业内推广普及这种新的测量压电陶瓷切变压电应变常数ds的准静态方法，规 范现有测试方法中的测试条件、测试装置和测试步骤等要素，特制定本行业标准。 本文件的发布机构提请注意，声明符合本文件时，可能会涉及到“用于切向压电应变常数ds测量中 使用的切向加力部件”（专利号ZL200710120432.6）专利中相关专利的使用。 本文件的发布机构对于该专利的真实性、有效性和范围无任何立场。 该专利持有人已向本文件的发布机构保证，他愿意同任何申请人在合理且无歧视的条款和条件下， 就专利授权许可进行谈判。该专利持有人的声明已在本文件的发布机构备案。相关信息可以通过以下方 式获得： 专利持有人姓名：中国科学院声学研究所 地址：北京市北四环西路21号 请注意除上述专利外，本文件的某些内容仍可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别这些专利 的责任。 II SJ/T11469—2014 压电陶瓷材料性能测试方法 切变压电应变常数dis的准静态测试 1范围 本标准规定了准静态法测量压电陶瓷材料的切变压电应变常数ds的测试装置，测试条件，测试方法。 本标准适用于压电陶瓷材料切变压 常数ds的准静态法测试。 ND 2规范性引用文件 下列文件对于 用是必不可少的。凡是注日期的引用文件 日期的版本适用于本文 件。凡是不注日期 GB/T3389 铁电电鹤洗简汇 OF 3术语和定义 GB/T338 9.1-1996 界定 语和定义适用 本文件 IRY 4符号 下列符号建 件。 Ci 品并联的电容，单位为法拉（F）： C2 品并联的电容，单位为法拉（F）： dis 压电应变常数，单位为库仑每牛顿（C/N）或来每伏（m）： dh3 纵向压电应 数，单位为库仑每牛顿（C/N）或 米伏 m/V)： dsi 横向压电 单位为库仓每生柜 （（m/V）： F 纵向准静态低频 Fs 切向准静态低频交变 Q1 被测样品在与x轴相垂直电极面工产生的电荷，单位为库仑（C）： Q2 比较样品在与z轴相垂直电极面上产生的电荷，单位为库仑（C）： U, 被测样品所产生的电荷Qi，在与其并联的电容C上建立的电压，单位为伏（V）； U2 比较样品所产生的电荷Q2，在与其并联的电容C2上建立的电压，单位为伏（V）； B 纵向力与切向力之间的夹角，单位为度（°）或弧度（Rad）。 SJ/T11469—2014 5测试 5.1原理 准静态法的测试原理是依据正压电效应，当在压电振子某个方向上施加一个频率远低于振子谐振 频率的低频交变力F时，会在与某个方向相垂直的电极面上产生同频率的交变电荷9。这样即可由式 d=Q/F得到相应的压电常数d：这里，i=1，2，3，分别对应与x，y，z轴相垂直的电极面：j=l，2，3， 4，5，6，其中，1至3分别对应x，y，2轴方向的作用力；在本标准中，5为与x轴相垂直的电极面上沿z 轴方向的面作用力。采用不同的施力方法和不同的拾取电荷的电极面，就可获得不同的压电应变常数， 如d，d，dis 切变压电应变常数dis的测试原理见图1。样品先在z方向极化，极化后去除两端面上的电极，再在 与x轴相垂直的两平面上制备电极。对于这样一个样品，在与x轴相垂直的，涂有电极的两平面上施加一 对面切向力Fs(应力Ts)，由于有切向压电效应，即会在此电极面上产生电荷Qi，其比值就是切变压电应 变常数dis，其值计算见公式（1）： dis=Q/Fs ·(1) 图1 切变压电应变常数测试原理图 图2力分解示意图（F=Fcosβ） SJ/T11469—2014 切向力的产生是基于如图2所示的物理模型，被测样品置于上下两金属压块的斜面处，当在两压块 的上下两端面中心处施加纵向准静态低频交变力F时，则力F将被分解为平行于斜面的切向力Fs=Fcosβ 和垂直于斜面的纵向作用力F，=Fsinβ作用于被测样品，为使被测样品在两斜面间不滑动，在其垂直于 斜面方向要预先施加一预应力（用一装置把两压块在垂直于斜面方向紧固住。附录A中图A.1给出了装 好被测样品的dis专用夹具结构详图，图A.3给出了详细操作步骤），由于有切向压电效应，切向力Fs将 会在被测样品电极面上产生电荷Q，对于压电陶瓷类材料，其du压电常数为零，所以分力F及紧固预 应力在两电极面上不产生电荷。这样，根据压电方程及应力分解，有 Qi=disF cos β. .. (2) 即 ....... (3) ECHI U Us 说明： 电磁驱动线圈： N 一比较样品上下电极： 2 D 3比较样品： 4——绝缘体： 5一上下测试电极： 一被测样品（切向极化）： 一d专用夹具下压块： 8——dis专用夹具上压块。 图3切变压电应变常数dis的准静态法测试原理图 如果将一被测样品与一已知压电常数的比较样品（纵向压电振子，即ds3模式）在力学上串联，通 过一施力装置内的电磁驱动器产生低频交变力，并同时施加到上述两样品上（见图3），则被测样品所 3