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(yīng)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(guān)系時發(fā)現(xiàn)了正壓電效應(yīng)這一物理現(xiàn)象，他們所 報導(dǎo)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(yīng)(Converse piezoelectric effect) 的存在，這一預(yù)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(jī)械諧振頻率特有的電性能，導(dǎo)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(yīng)在穩(wěn)頻、計時和電子技術(shù)方面 的應(yīng)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(yīng)用具有重大意義，極大地刺激了 壓電陶瓷材料的研究與應(yīng)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(yīng)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(jī)械強(qiáng)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(jī)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(jī)制壓電陶瓷的極化直流電場E剩余極化強(qiáng)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(yīng)壓電效應(yīng)壓電效應(yīng)逆壓電效應(yīng)逆壓電效應(yīng)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(yīng)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(yīng)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(yīng)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(jī)電耦合系數(shù)K: 表示壓電材料機(jī)

5、械能(聲能)與電能之間的轉(zhuǎn)換效率。n機(jī)械品質(zhì)因子Qm : 壓電晶片在諧振時貯存的機(jī)械能E貯與在一個周期內(nèi)損耗的能量E損之比稱為機(jī)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(yīng)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(jī)械性能：機(jī)械強(qiáng)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(yīng)性：溫度和濕度穩(wěn)定性要好，要求具有較高的居里點(diǎn)，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(yīng)用壓電陶瓷按照應(yīng)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(diǎn)火器、超音波切割、超音波粘接、壓電馬達(dá)、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。