壓電原理與壓電式傳感器論文

1、湖南工業(yè)大學畢業(yè)論文 壓電原理與壓電式傳感器系 部： 物理與電子工程系 學生姓名：x x x 指導教師： x x 職稱 x x 專 業(yè)： x x x x 班 級： x x x x x x 完成時間： 目錄摘要2關鍵詞：3引言 ：31壓電原理31.1線性狀態(tài)方程和線性響應系數(shù)31.2壓電方程和常量62壓電材料72.1 細晶粒壓電陶瓷72.2PbTiO3系壓電材料 82.3壓電陶瓷-高聚物復合材料 82.4壓電性特異的多元單晶壓電體 83、壓電式傳感器93.1壓電式壓力傳感器103.2壓電式加速度傳感器 1033換能器 113.4壓電驅動器 113.5壓電式傳感在機器人接近覺中的應用12參考文獻1

2、2摘要本文除重點介紹壓電效應以外，還要介紹電致伸縮效應，并討論鐵電性壓電材料的特點和代表性的鐵電性壓電材料。壓電材料在機電換能、傳感計測、頻率選擇和控制等方面實現(xiàn)了廣泛的應用。This article focuses on piezoelectric effect in addition to outside, but also introduced the electrostrictive effect, and discuss the ferroelectric characteristics of piezoelectric materials and representative fe

3、rroelectric piezoelectric material. Piezoelectric material in electrical and mechanical transducer, sensor measurement, the frequency of choice and control to achieve a wide range of applications.關鍵詞：壓電原理 ，壓電效應，變壓器Piezoelectric theory, piezoelectric effect, transformers引言 ： 壓電現(xiàn)象是100多年前居里兄弟研究石英時發(fā)現(xiàn)的。居

4、里兄弟在研究熱電性與晶體對稱的關系時，發(fā)現(xiàn)壓力可產生電效應，即在某些晶體的特定方向加壓力時，相應的表面上出現(xiàn)正負的電荷，而且電荷密度與壓力大小成正比。居里兄弟所報道的這些晶體中就有后來廣為研究的鐵電體酒石酸鉀鈉（羅息鹽）。1881年Lippman應用熱力學原理預言了逆壓電效應（converse piezoelectric effect），即電場可以引起與之成正比的應變。很快這一預言被居里兄弟用實驗所證實了。接著Hankl引入了piezoelectricity（壓電性）這個名詞。Voigt應用對稱性原理建立了壓電性的唯象理論。他將彈性順度張量和極化矢量的分量與晶體的對稱操作聯(lián)系起來，得知在32個

5、晶體點群中作為三階張量的壓電常量有哪些張量元不為零，并指出它們之間有什么關系。在微觀理論方面，玻恩和他合作者在晶格動力學的框架內研究了壓電效應，并且計算了一些晶體（如閃鋅礦）的壓電常量。1 壓電材料的實用化是進一步研究壓電效應的推動力。實用化方面早期有兩個奠定性的工作。第一，1916年郎之萬發(fā)明了用石英晶體制作的水聲發(fā)射器和接收器，并用于探測水下的物體。第二，1918年Cady通過對羅息鹽晶體在機械諧振頻率附近的特異的電性能研究發(fā)明了諧振器。前者是最早的壓電換能器，后者則為壓電材料材料在在通信技術和頻率控制等方面的應用奠定基礎21壓電原理1.1線性狀態(tài)方程和線性響應系數(shù)處理電介質平衡性質的基本

6、理論是線性理論。該理論成立條件是系統(tǒng)狀態(tài)相對其初始態(tài)的偏離較小，在特征函數(shù)對獨立變量的展開式中可忽略二次以上的高次項，而在熱力學量對獨立變量的展開式中可以只取線性項。 考慮以溫度T，應力X和電場E為獨立變量的情況，于是相應的特征函數(shù)為吉布斯自由能G。假設溫度、應力和電場分別發(fā)生了小的變化dT，dX和dE，而且初始態(tài)的應力和電場為零，故dX=X，和dE=E。當這些變化足夠小時，可用泰勒級數(shù)展開G，只取到二次項 （1.1）因為 （1.2）所以 （1.3）將dS，x和D看成是dT，X和E的函數(shù)，在零應力和零電場附近作泰勒展開，取近似只保留一次項 （1.4）（1.5） （1.6）利用式（1.3）此三式

7、成為 （1.7） （1.8） （1.9）引入 （1.10） （1.11） （1.12） （1.13） （1.14） （1.15）于是式（707）（7.9）成為 （1.16） （1.17） （1.18）這就是彈性電介質的線性狀態(tài)方程。方程中的系數(shù)叫線形響應系數(shù)，它們是電介質的物性參量。上標標明響應過程中保持不變的量。由式（1.10）（1.15）可知，這些線形響應系數(shù)就是特征函數(shù)展開式中二次方項的系數(shù)。這表明，在特征函數(shù)展開式中取到二次方項等效于在線形范圍內描寫電介質，二次方項的系數(shù)就是相應的物質參量。上面共出現(xiàn)了6個物性參量，它們反映了彈性電介質中六種線性效應，分析如下。 應力X和應變x之間的彈

8、性效應用彈性順度s描寫。電位移D和電場E之間的介電效應用電容描寫。應力X（或應變x）與電位移D（或電場E）之間的壓效應用壓電常量d描寫。溫度T（或熵S）與應變x（或應力X）之間的熱膨脹效應用熱膨脹系數(shù)描寫。溫度T（或熵S）與電位移D（或電場E）之間的熱電效應用熱電系數(shù)）或電熱系數(shù)（）描寫。溫度T與熵S改變量的關系用比熱c描寫。 在式（1.10）（1.12）中，利用特征函數(shù)G的二次偏微商與微商次序無關的原理，得到如下關系式： （1.19） （1.20） （1.21）他們物理意義是：正效應與逆效應相等。例如上面第一式表示壓電常量，第二式表示熱電系數(shù)等于電熱系數(shù)。由其他特征函數(shù)出發(fā)，也可得到一些類似

9、的關系式，他們統(tǒng)稱麥克斯韋關系式。31.2壓電方程和常量壓電體在工作過程中不可避免的發(fā)熱，難以保持等溫條件。但熱交換通?？梢院雎裕葷M足絕熱條件，因此要研究絕熱條件下的壓電體的性質。先討論以應力和電場為獨立變量的情況。因為 （1.22）所以相應的特征函數(shù)是焓H。利用與上相似的方法見式（1.4）-（1.8）得到線性狀態(tài)方程如下： （1.23） （1.24） （1.25）在應用絕熱條件下，得出 （1.26） （1.27）式中已省去了代表絕熱的上標S。以應變?yōu)閤和電場E為獨立變量時，相應的方程為 （1.28） （1.29）以應變和電位移為獨立變量時，相應的方程為 （1.30） （1.31）以應力和電

10、位移為獨立變量時，相應的方程為 （1.32） （1.33）上面四組方程中引入了4個壓電常量，它們的定義及其在SI單位制中的單位如下： （1.34）單位為C/N或m/V。 （1.35）單位為N/C或V/m （1.36）單位為Vm/N或 （1.37）單位為 壓電常量是反映力學量（應力或應變）與電學量（電位移或電場）間相互偶合的線性響應系數(shù)。獨立變量不同時，相應的壓電常量也不相同。實用中，由可計算單位電場引起的應變，由可計算一定長度的壓電元件中單位應力引起的電壓，所以前者稱為壓電應變常量，后者稱為壓電電壓常量。給出單位電場引起應力，表示造成單位應變所需的電場，所以分別稱為壓電應力常量和壓電剛度常量。

11、42壓電材料2.1 細晶粒壓電陶瓷下面介紹幾種處于發(fā)展中的壓電陶瓷材料和幾種新的應用。 以往的壓電陶瓷是由幾微米至幾十微米的多疇晶粒組成的多晶材料，尺寸已不能滿足需要了。減小粒徑至亞微米級，可以改進材料的加工性，可將基片做地更薄，可提高陣列頻率，降低換能器陣列的損耗，提高器件的機械強度，減小多層器件每層的厚度，從而降低驅動電壓，這對提高疊層變壓器、制動器都是有益的。減小粒徑有上述如此多的好處，但同時也帶來了降低壓電效應的影響。為了克服這種影響，人們更改了傳統(tǒng)的摻雜工藝，使細晶粒壓電陶瓷壓電效應增加到與粗晶粒壓電陶瓷相當?shù)乃健，F(xiàn)在制作細晶粒材料的成本已可與普通陶瓷競爭了。近年來，人們用細晶粒壓

12、電陶瓷進行了切割研磨研究，并制作出了一些高頻換能器、微制動器及薄型蜂鳴器（瓷片20-30um厚），證明了細晶粒壓電陶瓷的優(yōu)越性。隨著納米技術的發(fā)展，細晶粒壓電陶瓷材料研究和應用開發(fā)仍是近期的熱點。52.2PbTiO3系壓電材料 PbTiO3系壓電陶瓷具最適合制作高頻高溫壓電陶瓷元件。雖然存在PbTiO3陶瓷燒成難、極化難、制作大尺寸產品難的問題，人們還是在改性方面作了大量工作，改善其燒結性。抑制晶粒長大，從而得到各個晶粒細小、各向異性的改性PbTiO3材料。近幾年，改良PbTiO3材料報道較多，在金屬探傷、高頻器件方面得到了廣泛應用。目前該材料的發(fā)展和應用開發(fā)仍是許多壓電陶瓷工作者關心的課題。

13、 2.3壓電陶瓷-高聚物復合材料 無機壓電陶瓷和有機高分子樹脂構成的壓電復合材料，兼?zhèn)錈o機和有機壓電材料的性能，并能產生兩相都沒有的特性。因此，可以根據需要，綜合二相材料的優(yōu)點，制作良好性能的換能器和傳感器。它的接收靈敏度很高，比普通壓電陶瓷更適合于水聲換能器。在其它超聲波換能器和傳感器方面，壓電復合材料也有較大優(yōu)勢。國內學者對這個領域也頗感興趣，做了大量的工藝研究，并在復合材料的結構和性能方面做了一些有益的基礎研究工作，目前正致力于壓電復合材料產品的開發(fā)。2.4壓電性特異的多元單晶壓電體 傳統(tǒng)的壓電陶瓷較其它類型的壓電材料壓電效應要強，從而得到了廣泛應用。但作為大應邊，高能換能材料，傳統(tǒng)壓電

14、陶瓷的壓電效應仍不能滿足要求。于是近幾年來，人們?yōu)榱搜芯砍鼍哂懈鼉?yōu)異壓電性的新壓電材料，做了大量工作，現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)并研制出了Pb(AB)PbTiO單晶（A=Zn,Mg）。這類單晶的d33最高可達2600pc/N(壓電陶瓷d33最大為850pc/N),k33可高達0.95（壓電陶瓷K33最高達0.8），其應變1.7%，幾乎比壓電陶瓷應變高一個數(shù)量級。儲能密度高達130J/kg，而壓電陶瓷儲能密度在10J/kg以內。鐵電壓電學者們稱這類材料的出現(xiàn)是壓電材料發(fā)展的又一次飛躍。現(xiàn)在美國、日本、俄羅斯和中國已開始進行這類材料的生產工藝研究，它的批量生產的成功必將帶來壓電材料應用的飛速發(fā)展。63、壓電式傳感器

15、一些離子型晶體的電介質(如石英、酒石酸鉀鈉、鈦酸鋇等)不僅在電場力作用下，而且在機械力作用下，都會產生極化現(xiàn)象。即： 在這些電介質的一定方向上施加機械力而產生變形時，就會引起它內部正負電荷中心相對轉移而產生電的極化，從而導致其兩個相對表面(極化面)上出現(xiàn)符號相反的束縛電荷，且其電位移D(在MKS單位制中即電荷密度)與外應力張量T成正比;當外力消失，又恢復不帶電原狀；當外力變向，電荷極性隨之而變。這種現(xiàn)象稱為正壓電效應，或簡稱壓電效應。 壓電式傳感器的原理是基于某些晶體材料的壓電效應，目前廣泛使用的壓電材料有石英和鈦酸鋇等，當這些晶體受壓力作用發(fā)生機械變形時，在其相對的兩個側面上產生異性電荷，這

16、種現(xiàn)象稱為“壓電效應”。 壓電傳感器中主要使用的壓電材料包括有石英、酒石酸鉀鈉和磷酸二氫胺。其中石英（二氧化硅）是一種天然晶體，壓電效應就是在這種晶體中發(fā)現(xiàn)的，在一定的溫度范圍之內，壓電性質一直存在，但溫度超過這個范圍之后，壓電性質完全消失（這個高溫就是所謂的“居里點”）。由于隨著應力的變化電場變化微小（也就說壓電系數(shù)比較低），所以石英逐漸被其他的壓電晶體所替代。而酒石酸鉀鈉具有很大的壓電靈敏度和壓電系數(shù)，但是它只能在室溫和濕度比較低的環(huán)境下才能夠應用。磷酸二氫胺屬于人造晶體，能夠承受高溫和相當高的濕度，所以已經得到了廣泛的應用。 現(xiàn)在壓電效應也應用在多晶體上，比如現(xiàn)在的壓電陶瓷，包括鈦酸鋇壓

17、電陶瓷、PZT、鈮酸鹽系壓電陶瓷、鈮鎂酸鉛壓電陶瓷等等。 壓電效應是壓電傳感器的主要工作原理，壓電傳感器不能用于靜態(tài)測量，因為經過外力作用后的電荷，只有在回路具有無限大的輸入阻抗時才得到保存。實際的情況不是這樣的，所以這決定了壓電傳感器只能夠測量動態(tài)的應力7。3.1壓電式壓力傳感器 壓電式壓力傳感器是利用壓電材料所具有的壓電效應所制成的。壓電式壓力傳感器的基本結構如右圖所示。由于壓電材料的電荷量是一定的，所以在連接時要特別注意，避免漏電。 壓電式壓力傳感器的優(yōu)點是具有自生信號，輸出信號大，較高的頻率響應，體積小，結構堅固。其缺點是只能用于動能測量。需要特殊電纜，在受到突然振動或過大壓力時，自我

18、恢復較慢。83.2壓電式加速度傳感器 壓電元件一般由兩塊壓電晶片組成。在壓電晶片的兩個表面上鍍有電極，并引出引線。在壓電晶片上放置一個質量塊，質量塊一般采用比較大的金屬鎢或高比重的合金制成。然后用一硬彈簧或螺栓，螺帽對質量塊預加載荷，整個組件裝在一個原基座的金屬殼體中。為了隔離試件的任何應變傳送到壓電元件上去，避免產生假信號輸出，所以一般要加厚基座或選用由剛度較大的材料來制造，殼體和基座的重量差不多占傳感器重量的一半。 測量時，將傳感器基座與試件剛性地固定在一起。當傳感器受振動力作用時，由于基座和質量塊的剛度相當大，而質量塊的質量相對較小，可以認為質量塊的慣性很小。因此質量塊經受到與基座相同的

19、運動，并受到與加速度方向相反的慣性力的作用。這樣，質量塊就有一正比于加速度的應變力作用在壓電晶片上。由于壓電晶片具有壓電效應，因此在它的兩個表面上就產生交變電荷（電壓），當加速度頻率遠低于傳感器的固有頻率時，傳感器給輸出電壓與作用力成正比，亦即與試件的加速度成正比，輸出電量由傳感器輸出端引出，輸入到前置放大器后就可以用普通的測量儀器測試出試件的加速度；如果在放大器中加進適當?shù)姆e分電路，就可以測試試件的振動速度或位移。 壓電材料的應用領域可以粗略分為兩大類：即振動能和超聲振動能-電能換能器應用包括電聲換能器，水聲換能器和超聲換能器等，以及其它傳感器和驅動器應用。933換能器 換能器是將機械振動轉

20、變?yōu)殡娦盘柣蛟陔妶鲵寗酉庐a生機械振動的器件。 壓電聚合物電聲器件利用了聚合物的橫向壓電效應，而換能器設計則利用了聚合物壓電雙晶片或壓電單晶片在外電場驅動下的彎曲振動，利用上述原理可生產電聲器件如麥克風、立體聲耳機和高頻揚聲器。目前對壓電聚合物電聲器件的研究主要集中在利用壓電聚合物的特點，研制運用其它現(xiàn)行技術難以實現(xiàn)的、而且具有特殊電聲功能的器件，如抗噪聲 、寬帶超聲信號發(fā)射系統(tǒng)等。 壓電聚合物水聲換能器研究初期均瞄準軍事應用，如用于水下探測的大面積傳感器陣列和監(jiān)視系統(tǒng)等，隨后應用領域逐漸拓展到地球物理探測、聲波測試設備等方面。為滿足特定要求而開發(fā)的各種原型水聲器件，采用了不同類型和形狀的壓電聚

21、合物材料，如薄片、薄板、疊片、圓筒和同軸線等，以充分發(fā)揮壓電聚合物高彈性、低密度、易于制備為大和小不同截面的元件、而且聲阻抗與水數(shù)量級相同等特點，最后一個特點使得由壓電聚合物制備的水聽器可以放置在被測聲場中，感知聲場內的聲壓，且不致由于其自身存在使被測聲場受到擾動。而聚合物的高彈性則可減小水聽器件內的瞬態(tài)振蕩，從而進一步增強壓電聚合物水聽器的性能。 壓電聚合物換能器在生物醫(yī)學傳感器領域，尤其是超聲成像中，獲得了最為成功的應用、PVDF薄膜優(yōu)異的柔韌性和成型性，使其易于應用到許多傳感器產品中。 3.4壓電驅動器 壓電驅動器利用逆壓電效應，將電能轉變?yōu)闄C械能或機械運動，聚合物驅動器主要以聚合物雙晶

22、片作為基礎，包括利用橫向效應和縱向效應兩種方式，基于聚合物雙晶片開展的驅動器應用研究包括顯示器件控制、微位移產生系統(tǒng)等。要使這些創(chuàng)造性設想獲得實際應用，還需要進行大量研究。電子束輻照P（VDF-TrFE）共聚合物使該材料具備了產生大伸縮應變的能力，從而為研制新型聚合物驅動器創(chuàng)造了有利條件。在潛在國防應用前景的推動下，利用輻照改性共聚物制備全高分子材料水聲發(fā)射裝置的研究，在美國軍方的大力支持下正在系統(tǒng)地進行之中。除此之外，利用輻照改性共聚物的優(yōu)異特性，研究開發(fā)其在醫(yī)學超聲、減振降噪等領域應用，還需要進行大量的探索。103.5壓電式傳感在機器人接近覺中的應用 機器人安裝接近覺傳感器主要目的有以下三

23、個：其一，在接觸對象物體之前，獲得必要的信息，為下一步運動做好準備工作；其二，探測機器人手和足的運動空間中有無障礙物。如發(fā)現(xiàn)有障礙，則及時采取一定措施，避免發(fā)生碰撞；其三，為獲取對象物體表面形狀的大致信息。 超聲波是人耳聽見的一種機械波，頻率在20KHZ以上。人耳能聽到的聲音，振動頻率范圍只是20HZ20000HZ。超聲波因其波長較短、繞射小，而能成為聲波射線并定向傳播，機器人采用超聲傳感器的目的是用來探測周圍物體的存在與測量物體的距離。一般用來探測周圍環(huán)境中較大的物體，不能測量距離小于30mm的物體。 超聲傳感器包括超聲發(fā)射器、超聲接受器、定時電路和控制電路四個主要部分。它的工作原理大致是這

24、樣的：首先由超聲發(fā)射器向被測物體方向發(fā)射脈沖式的超聲波。發(fā)射器發(fā)出一連串超聲波后即自行關閉，停止發(fā)射。同時超聲接受器開始檢測回聲信號，定時電路也開始計時。當超聲波遇到物體后，就被反射回來。等到超聲接受器收到回聲信號后，定時電路停止計時。此時定時電路所記錄的時間，是從發(fā)射超聲波開始到收到回聲波信號的傳播時間。利用傳播時間值，可以換算出被測物體到超聲傳感器之間的距離。這個換算的公式很簡單，即聲波傳播時間的一半與聲波在介質中傳播速度的乘積。超聲傳感器整個工作過程都是在控制電路控制下順序進行的。 壓電材料除了以上用途外還有其它相當廣泛的應用。如鑒頻器、壓電震蕩器、變壓器、濾波器等。11參考文獻1 鐘維

25、烈，鐵電體物理學，科學出版社（2000）2 李遠、秦自楷、周志剛，壓電與鐵電材料的測量，科學出版社（1984）3 方俊鑫，電介質物理學，科學出版社（1989）4 陳創(chuàng)天，物理學報，29，1000（1980）5 曾汗民（主編），高技術新材料要覽，中國科學技術出版社，北京（1993）6 中文譯本：鐘維烈譯，鐵電體及有關材料的原理和應用，科學出版社（1989）7 中文譯本：陳志雄等譯，鐵電半導體，華中工學院出版社（1985）8 蔣名華，物理學進展，13，14（1993）9 陳創(chuàng)天，新型材料與材料科學，科學出版社，北京270（1988）10 許煜寰，鐵電與壓電材料，科學出版社（1978）11 劉長樂，

26、物理學報，15，1000（1990）感謝xx老師悉心指導付：外文翻譯 電火花加工 電火花加工法對加工超韌性的導電材料（如新的太空合金）特別有價值。這些金屬很難用常規(guī)方法加工，用常規(guī)的切削刀具不可能加工極其復雜的形狀，電火花加工使之變得相對簡單了。在金屬切削工業(yè)中，這種加工方法正不斷尋找新的應用領域。塑料工業(yè)已廣泛使用這種方法，如在鋼制模具上加工幾乎是任何形狀的模腔。 電火花加工法是一種受控制的金屬切削技術，它使用電火花切除（侵蝕）工件上的多余金屬，工件在切削后的形狀與刀具（電極）相反。切削刀具用導電材料（通常是碳）制造。電極形狀與所需型腔想匹配。工件與電極都浸在不導電的液體里，這種液體通常是輕

27、潤滑油。它應當是點的不良導體或絕緣體。 用伺服機構是電極和工件間的保持0.00050.001英寸（0.010.02mm）的間隙，以阻止他們相互接觸。頻率為20000Hz左右的低電壓大電流的直流電加到電極上，這些電脈沖引起火花，跳過電極與工件的見的不導電的液體間隙。在火花沖擊的局部區(qū)域，產生了大量的熱量，金屬融化了，從工件表面噴出融化金屬的小粒子。不斷循環(huán)著的不導電的液體，將侵蝕下來的金屬粒子帶走，同時也有助于驅散火花產生的熱量。 在最近幾年，電火花加工的主要進步是降低了它加工后的表面粗糙度。用低的金屬切除率時，表面粗糙度可達24vin.(0.050.10vin)。用高的金屬切除率如高達15in

28、3/h(245.8cm3/h)時，表面粗糙度為1000vin.(25vm)。 需要的表面粗糙度的類型，決定了能使用的安培數(shù),電容,頻率和電壓值?？焖偾谐饘伲ù智邢鳎r，用大電流,低頻率,高電容和最小的間隙電壓。緩慢切除金屬（精切削）和需獲得高的表面光潔度時，用小電流,高頻率,低電容和最高的間隙電壓。 與常規(guī)機加工方法相比，電火花加工有許多優(yōu)點。 1 . 不論硬度高低，只要是導電材料都能對其進行切削。對用常規(guī)方法極難切削的硬質合金和超韌性的太空合金，電火化加工特別有價值。 2 . 工件可在淬火狀態(tài)下加工，因克服了由淬火引起的變形問題。 3 . 很容易將斷在工件中的絲錐和鉆頭除。 4 . 由于刀

29、具（電極）從未與工件接觸過，故工件中不會產生應力。 5 . 加工出的零件無毛刺。 6 . 薄而脆的工件很容易加工，且無毛刺。 7 . 對許多類型的工件，一般不需第二次精加工。 8 .隨著金屬的切除，伺服機構使電極自動向工件進給。 9 .一個人可同時操作幾臺電火花加工機床。 10.能相對容易地從實心坯料上，加工出常規(guī)方法不可能加工出來的極復雜的形狀。 11.能用較低價格加工出較好的模具。12.可用沖頭作電極，在陰模板上復制其形狀，并留有必須的間隙。Electrical discharge machiningElectrical discharge machining has proved esp

30、ecially valuable in the machining of super-tough, electrically conductive materials such as the new space-age alloys. These metals would have been difficult to machine by conventional methods, but EDM has made it relatively simple to machine intricate shapes that would be impossible to produce with

31、conventional cutting tools. This machining process is continually finding further applications in the metal-cutting industry. It is being used extensively in the plastic industry to produce cavities of almost any shape in the steel molds. Electrical discharge machining is a controlled metal removal

32、technique whereby an electric spark is used to cut (erode) the workpiece, which takes a shape opposite to that of the cutting tool or electrode. The cutting tool (electrode) is made from electrically conductive material, usually carbon. The electrode, made to the shape of the cavity required, and th

33、e workpiece are both submerged in a dielectric fluid, which is generally a light lubricating oil. This dielectric fluid should be a nonconductor (or poor conductor) of electricity. A servo mechanism maintains a gap of about 0.0005 to 0.001 in. (0.01 to 0.02 mm) between the electrode and the work, pr

34、eventing them from coming into contact with each other. A direct current of low voltage and high amperage is delivered to the electrode at the rate of approximately 20 000 hertz (Hz). These electrical energy impulses become sparks which jump the dielectric fluid. Intense heat is created in the local

35、ized area of the park impact, the metal melts and a small particle of molten metal is expelled from the surface of the workpiece . The dielectric fluid, which is constantly being circulated, carries away the eroded particles of metal and also assists in dissipating the heat caused by the spark.In th

36、e last few years, major advances have been made with regard to the surface finishes that can be produced. With the low metal removal rates, surface finishes of 2 to 4 um. (0.05 to 0.10um) are possible. With high metal removal rates finishes of 1 000uin. (25um) are produced.The type of finish require

37、d determines the number of amperes which can be used, the capacitance, frequency, and the voltage setting. For fast metal removal (roughing cuts), high amperage, low frequency, high capacitance, and minimum gap voltage are required. For slow metal removal (finish cut) and good surface finish, low amperage, high frequency, low capacitance, and the highest gap voltage are required.Electrical discharge ma