压电陶瓷简介

1、压电陶瓷n压电材料n压电发展历史n压电材料简介n常见的压电材料n压电材料的性能参数n压电材料应用自然界中的压电材料石英高分子压电材料（压电薄膜）压电陶瓷历史n1880年 法国的P.Curie和J. Curie兄弟在研究热电性与晶体对称 性的关系时发现了正压电效应这一物理现象，他们所 报导的这些晶体中就有后来广为研究的罗息盐(NaKC4H4O6.4H2O酒石酸钾钠) 。n1881年 李普曼(G. Lippman)根据能量守恒和电荷量守恒的 原理，推测逆压电效应(Converse piezoelectric effect) 的存在，这一预言很快就被居里兄弟用实验所证实。后来 发现了磷酸二氢钾、硫酸

2、锂单水化合物和BaTiO3等重要压电晶体。 n1916年 朗之万(Langevin)用压电石英晶体作成水下发射和接收 换能器，这是最早的压电换能器，并用于探测水下的物体。n1918 年 卡迪（Cady）研究了罗息盐晶体在机械谐振频率特有的电性能，导致罗息盐电声组件问世。n1921年 相继研制成功石英谐振器和滤波器，开创 了压电效应在稳频、计时和电子技术方面 的应用。压电陶瓷历史n1947年 采用BaTiO3压电陶瓷制成了拾音器，这对压电材料的应用具有重大意义，极大地刺激了 压电陶瓷材料的研究与应用开发。n 1969年 发现聚偏氟乙烯薄膜制程的驻极体具有优良的压电性后，聚合物驻极体的研究和应用迅

3、速发展起来。 压电陶瓷历史常见的压电陶瓷材料n1、钛酸钡（BaTiO3）压电陶瓷具有较高的压电系数和介电常数，机械强度不如石英。n2、锆钛酸铅Pb（ZrTi）O3系压电陶瓷（PZT）压电系数较高，各项机电参数随温度、时间等外界条件的变化小，在锆钛酸铅的基方中添加一两种微量元素，可以获得不同性能的PZT材料。n3、铌镁酸铅Pb(MgNb)O3-PbTiO3-PbZrO3压电陶瓷（PMN）具有较高的压电系数，在压力大至700kg/cm2仍能继续工作，可作为高温下的力传感器。压电原理石英的晶体结构(b)(a)+-YXXY硅氧离子的排列示意图(a) 硅氧离子在Z平面上的投影（b）等效为正六边形排列的投

4、影+石英的压电机制压电陶瓷的极化直流电场E剩余极化强度剩余伸长电场作用下的伸长(a)极化处理前(b)极化处理中(c)极化处理后 极化后的压电陶瓷 自由电荷束缚电荷电极电极极化方向陶瓷片内束缚电荷与电极上吸附的自由电荷示意图压电效应压电效应压电效应逆压电效应逆压电效应压电陶瓷等效模拟电路 并联模拟电路 串联模拟电路n压电应变常数d33: 表示在压电晶体上施加单位电压时所产生的应变大小。 n压电电压常数g33： 表示作用在压电晶体上单位应力所产生的电压梯度大小。 )/(33VmUtd)/(33NmVPUgP压电材料的主要性能参数压电材料的主要性能参数n介电常数:n 机电耦合系数K: 表示压电材料机

5、械能(声能)与电能之间的转换效率。n机械品质因子Qm : 压电晶片在谐振时贮存的机械能E贮与在一个周期内损耗的能量E损之比称为机械品质因子Qm。 AtC输入的能量转换的能量K损贮EEQmn频率常数Nt: 压电晶片的厚度与固有频率的乘积是一个常数，这个常数叫做频率常数。n居里温度Tc： 使压电材料的压电效应消失的温度。 常数）(20LtctfN压电材料的主要性能参数压电材料的主要特性 n转换性能：要求具有较大的压电常数。n机械性能：机械强度高、刚度大。n电性能：高电阻率和大介电常数。n环境适应性：温度和湿度稳定性要好，要求具有较高的居里点，获得较宽的工作温度范围。n时间稳定性：要求压电性能不随时间变化。压电材料应用压电陶瓷按照应用分类共分为七大类： n压电振荡器及材料n压电声电组件：蜂鸣器、送话器、受话器、压电喇叭 n压电超音波换能器：超音波清洗、超音波雾化、超音波美容、超音波探测n信息处理组件：滤波器、谐振器、检波器、监频器、表面声波、延迟线 n动力装置：点火器、超音波切割、超音波粘接、压电马达、压电变压器n压电传感器：速度、加速度计、角速度计、微位移器n光电组件：光调节器、光调节阀、光电显示、光信息储存、影象储存和显示 目前市场容量最大的组件是频率组件，主要包括滤波器和谐振器。