壓電陶瓷簡介

1、壓電陶瓷n壓電材料n壓電發(fā)展歷史n壓電材料簡介n常見的壓電材料n壓電材料的性能參數(shù)n壓電材料應用自然界中的壓電材料石英高分子壓電材料（壓電薄膜）壓電陶瓷歷史n1880年 法國的P.Curie和J. Curie兄弟在研究熱電性與晶體對稱 性的關系時發(fā)現(xiàn)了正壓電效應這一物理現(xiàn)象，他們所 報導的這些晶體中就有后來廣為研究的羅息鹽(NaKC4H4O6.4H2O酒石酸鉀鈉) 。n1881年 李普曼(G. Lippman)根據(jù)能量守恒和電荷量守恒的 原理，推測逆壓電效應(Converse piezoelectric effect) 的存在，這一預言很快就被居里兄弟用實驗所證實。后來 發(fā)現(xiàn)了磷酸二氫鉀、硫酸

2、鋰單水化合物和BaTiO3等重要壓電晶體。 n1916年 朗之萬(Langevin)用壓電石英晶體作成水下發(fā)射和接收 換能器，這是最早的壓電換能器，并用于探測水下的物體。n1918 年 卡迪（Cady）研究了羅息鹽晶體在機械諧振頻率特有的電性能，導致羅息鹽電聲組件問世。n1921年 相繼研制成功石英諧振器和濾波器，開創(chuàng) 了壓電效應在穩(wěn)頻、計時和電子技術方面 的應用。壓電陶瓷歷史n1947年 采用BaTiO3壓電陶瓷制成了拾音器，這對壓電材料的應用具有重大意義，極大地刺激了 壓電陶瓷材料的研究與應用開發(fā)。n 1969年 發(fā)現(xiàn)聚偏氟乙烯薄膜制程的駐極體具有優(yōu)良的壓電性后，聚合物駐極體的研究和應用迅

3、速發(fā)展起來。 壓電陶瓷歷史常見的壓電陶瓷材料n1、鈦酸鋇（BaTiO3）壓電陶瓷具有較高的壓電系數(shù)和介電常數(shù)，機械強度不如石英。n2、鋯鈦酸鉛Pb（ZrTi）O3系壓電陶瓷（PZT）壓電系數(shù)較高，各項機電參數(shù)隨溫度、時間等外界條件的變化小，在鋯鈦酸鉛的基方中添加一兩種微量元素，可以獲得不同性能的PZT材料。n3、鈮鎂酸鉛Pb(MgNb)O3-PbTiO3-PbZrO3壓電陶瓷（PMN）具有較高的壓電系數(shù)，在壓力大至700kg/cm2仍能繼續(xù)工作，可作為高溫下的力傳感器。壓電原理石英的晶體結(jié)構(gòu)(b)(a)+-YXXY硅氧離子的排列示意圖(a) 硅氧離子在Z平面上的投影（b）等效為正六邊形排列的投

4、影+石英的壓電機制壓電陶瓷的極化直流電場E剩余極化強度剩余伸長電場作用下的伸長(a)極化處理前(b)極化處理中(c)極化處理后 極化后的壓電陶瓷 自由電荷束縛電荷電極電極極化方向陶瓷片內(nèi)束縛電荷與電極上吸附的自由電荷示意圖壓電效應壓電效應壓電效應逆壓電效應逆壓電效應壓電陶瓷等效模擬電路 并聯(lián)模擬電路 串聯(lián)模擬電路n壓電應變常數(shù)d33: 表示在壓電晶體上施加單位電壓時所產(chǎn)生的應變大小。 n壓電電壓常數(shù)g33： 表示作用在壓電晶體上單位應力所產(chǎn)生的電壓梯度大小。 )/(33VmUtd)/(33NmVPUgP壓電材料的主要性能參數(shù)壓電材料的主要性能參數(shù)n介電常數(shù):n 機電耦合系數(shù)K: 表示壓電材料機

5、械能(聲能)與電能之間的轉(zhuǎn)換效率。n機械品質(zhì)因子Qm : 壓電晶片在諧振時貯存的機械能E貯與在一個周期內(nèi)損耗的能量E損之比稱為機械品質(zhì)因子Qm。 AtC輸入的能量轉(zhuǎn)換的能量K損貯EEQmn頻率常數(shù)Nt: 壓電晶片的厚度與固有頻率的乘積是一個常數(shù)，這個常數(shù)叫做頻率常數(shù)。n居里溫度Tc： 使壓電材料的壓電效應消失的溫度。 常數(shù)）(20LtctfN壓電材料的主要性能參數(shù)壓電材料的主要特性 n轉(zhuǎn)換性能：要求具有較大的壓電常數(shù)。n機械性能：機械強度高、剛度大。n電性能：高電阻率和大介電常數(shù)。n環(huán)境適應性：溫度和濕度穩(wěn)定性要好，要求具有較高的居里點，獲得較寬的工作溫度范圍。n時間穩(wěn)定性：要求壓電性能不隨時間變化。壓電材料應用壓電陶瓷按照應用分類共分為七大類： n壓電振蕩器及材料n壓電聲電組件：蜂鳴器、送話器、受話器、壓電喇叭 n壓電超音波換能器：超音波清洗、超音波霧化、超音波美容、超音波探測n信息處理組件：濾波器、諧振器、檢波器、監(jiān)頻器、表面聲波、延遲線 n動力裝置：點火器、超音波切割、超音波粘接、壓電馬達、壓電變壓器n壓電傳感器：速度、加速度計、角速度計、微位移器n光電組件：光調(diào)節(jié)器、光調(diào)節(jié)閥、光電顯示、光信息儲存、影象儲存和顯示 目前市場容量最大的組件是頻率組件，主要包括濾波器和諧振器。