Анализ экспериментальных данных

Как следует из приведенных выше экспериментов, температура саморазогрева, до которой разогревается образец при воздействии на него переменным электрическим полем, имеет максимальное значение в диапазоне частот электрического поля 120 - 300 Гц.

На рисунке 3.10.6 показана зависимость температуры саморазогрева от времени выдержки в электрическом поле. Каждой кривой на графике соответствует определенная частота поля. Видно, что на кривых можно выделить два участка. Для первого участка имеет место плавный рост температуры, для второго - резкий рост и выход на насыщение, при котором

прекращается эволюция петли диэлектрического гистерезиса. Необходимо отметить, что при πacτoτax≤ 100 Гц присутствует только первый участок. В этом случае, петля не трансформируется в полную. Затем, при увеличении частоты прослеживаются оба участка, но с дальнейшим увеличением частоты первый участок постепенно уменьшается, и, начиная с 300 Гц, исчезает. Т.е. резкий рост температуры разогрева начинается сразу же после включения поля.

Рис. 3.10 Зависимость максимальной температуры саморазогрева образца от частоты переключающего поля (а) и временная зависимость температуры саморазогрева на разных частотах (б) для образца CBN32

Таким образом, скорость нагрева не является постоянной величиной, а зависит от частоты внешнего электрического поля (рис. 3.11). Как показано на рисунке 3.11 она увеличивается с ростом частоты переключающего поля. Поскольку формовка петли диэлектрического гистерезиса сопровождается ростом температуры, то можно предположить, что именно увеличение скорости разогрева приводит к сокращению времени формовки.

Рис. 3.11 Зависимость скорости изменения температуры саморазогрева образца CBN32 в начальный момент включения от частоты поля

По петлям диэлектрического гистерезиса были рассчитаны значения переключаемой поляризации и коэрцитивного поля (рис.3.12-3.14). Как можно видеть, при увеличении частоты электрического поля, в котором осуществлялась выдержка образцов, уменьшение переключаемой поляризации (B_rev) имеет место не только для частных петель (наблюдаемых в начальный момент подачи на образец электрического поля рис. 3.12.а, в), но и для сформированных петель гистерезиса (рис. 3.12.6, в).

Зависимость P_revкоррелирует с частотной зависимостью температуры саморазогрева (рис. 3.10 и рис. 3.12). Наблюдаемое в эксперименте уменьшение максимальной температуры саморазогрева (рис. 3.10) при увеличении частоты электрического поля выше определенного значения, может являться следствием уменьшения значения переключаемой поляризации (рис. 3.12.в), которое связано с выключением из процесса переполяризации части областей образца, т.е. уменьшением переключаемого объема.

Рис. 3.12 Петли диэлектрического гистерезиса (а, б) и зависимость переключаемой поляризации от частоты (в) для образца CBN32 в поле напряженностью 1270 В/мм. а, в (кривая 1) - в момент подачи поля разной частоты; б, в (кривая 2) - максимальное значение

На временных зависимостях переключаемой поляризации (рис. 3.13.а), полученных для образца CBN32 при выдержке в электрическом поле на разных частотах так же, как и для временных зависимостей температуры саморазогрева, можно выделить два участка.

Рис. 3.13 Зависимость переключаемой поляризации (а) и коэрцитивного поля (б) от времени при выдержке образца CBN32 в электрическом поле напряженностью 1270 В/мм, частотой от 50 до 1500 Гц.

Рис. 3.14 Температурные зависимости коэрцитивного поля для образца CBN32 при саморазогреве в электрическом поле напряженностью 1270 В/мм, частотой от 50 до 1500 Гц (а); в условии обычного нагрева в термостатируемой камере (б) [Малышкина2014]

Интересно отметить, что коэрцитивное поле падает с течением роста температуры (рис. 3.14.а), при этом выход кривых на насыщение зависит от частоты поля выдержки, что может объясняться неоднородностью коэрцитивного поля по всему объему образца. Так как некоторые области выключаются из процесса переключения с ростом частоты. При этом ход зависимостей совпадает с полученными раннее для образца CBN32 в условиях обычного нагрева в термостатируемой камере (рис.3.14.6) [Малышкина2014]

Рис. 3.15 Температурные зависимости переключаемой поляризации для образца CBN32 при саморазогреве в электрическом поле напряженностью 1270 В/мм, частотой от 50 до 1500 Гц (а); в условии обычного нагрева в термостатируемой камере (б) [Малышкина2014]

Переключаемая поляризация (рис. 3.15.а) экспоненциально растет до некоторой величины и выходит на насыщение, причем выход на насыщение тем быстрее, чем выше частота переключающего электрического поля. При этом максимальное значение переключаемой поляризации, которое достигается в данном поле, как было показано выше, уменьшается с увеличением частоты.

В процессе выдержки образца в электрическом поле имело место изменение напряжения на образце относительно подаваемого на образец с усилителя. В связи с этим представляет интерес рассмотрение временной и температурной зависимостей относительного изменения напряжения (5), рассчитываемого по петлям диэлектрического гистерезиса для разных частот (рис. 3.16). C усилителя подавалось напряжение 1270 В.

Для зависимости переключаемой поляризации и напряжения на образце от времени выдержки в переключающем поле (рис. 3.17), время при котором происходит рост переключаемой поляризации и напряжения совпадают. Видно, что в диапазоне частот от 50 до 200 Гц наблюдается увеличение напряжения в момент роста переключаемой поляризации. При дальнейшем увеличении частоты, напряжение на образце не увеличивается, при этом практически сразу после включения поля наблюдается его резкое уменьшение. Значение напряжения, относительно подаваемого тем меньше, чем выше частота внешнего электрического поля. При этом уменьшение напряжения на образце происходит только на частотах, больших 200 Гц. Для электрических полей меньших частот обнаруживается незначительный рост напряжения на образце, который может быть связан с протеканием тока переключения (рис. 3.17).

Рис. 3.16 Отношение значения напряжения на образце CBN32 к подаваемому с усилителя (1270 В) в зависимости от времени (а) от температуры (б)

Падение напряжения на образцах, разогретых до температуры более 80^oC (рис. 3.12.6 и рис. 3.16), по всей видимости, обусловлено ростом проводимости образца с увеличением температуры. Изменение формы петли, имеющее место в процессе ее трансформации из частной в насыщенную, аналогично наблюдаемому ранее в процессе обычного нагрева кристаллов CBN [Малышкина2014].

Рис. 3.17 Графики зависимости переключаемой поляризации и падения / роста напряжения для образца CBN32 при выдержке в поле амплитудой 1270 В/мм на частотах: а - 120 Гц; б - 150 Гц; в - 200 Гц; г - 400 Гц; д- 1000 Гц; е- 1500 Гц