PZT压电陶瓷介绍和测试方法
PZT压电陶瓷介绍和测试方法全解
Q Ua Ca
电荷等效模型
F
压电常数 d
Q=U*C
HSA PZT 压电陶瓷应用介绍
HSA （磁头悬臂装置）结构及功能介绍
PZT元件作用是利用其高压电常数特性，使读写磁头发生水平位移，从而使HSA 水平旋转和 精确寻轨
交变电压
U 型刚体 电荷变化
PZT 元件
位移变化
精确寻轨
HSA
悬臂弹性区
正压电效应：F（应力或形变）输入--->Q\U （电量或电压） 逆压电效应： Q\U （电量或电压）输入--->F（应力或形变）输出
压力输入F
电压输出
形变输出
电压输入
压电介质
压电介质
应力输入电压输出正压电效应
电压输入形变输出产生逆压电效应
正压电效应：Q =d33 *F d33 为压电参数 ：压电材料把机械能转变为电能或把电能转变为机械能的转换系数，它为反映力学 量 (应力或应变)与电学量(电位移或电场)间相互耦合的线性响应系数 测量仪器： ZJ-3AN型准静态d33测量仪
U 型刚体
压电微制动器
滑块
音圈电机
HSA PZT 结构示意图
悬臂刚性区
PZT 元件 环氧胶
PZT 元件 环氧胶
U 型刚体
HSA PZT 结构切片示意图
HSA PZT 压电陶瓷应用介绍
PZT 不良背景介绍
The End
Page 11
正压电效应
形变前的状况 形变后的状况
－－－－－－ ＋＋＋＋＋＋
逆压电效应
电 场 方 向
基本知识介绍
压电传感器工作原理
是以某些电介质的压电效应为基础，在外力作用下，在电介质的表面上产生电荷，从而实现 非电量测量
pzt压电陶瓷片规格参数
pzt压电陶瓷片规格参数压电陶瓷片是一种复合电介质，以陶瓷介质为基础，以压电铋酸钙和/或铁氧化物为结构组分和/或乙二胺(EDTA)，将三或多个原始无机晶体或分子结构，复合成一种半固态散装材料。
主要用于绝缘电容，以及压电传感器，压电膜，PZT压电陶瓷片等。
PZT压电陶瓷片的规格参数：1. 材料类型：PZT（铌酸钴）复合材料；2. 铁氧体成份：最大值可达30%；3. 铌比例：铌钴为主，最大值可达60%-65%；4. 厚度：常规厚度0.1mm-3mm，4mm-6mm和0.7mm-10mm；5. 尺寸规格：典型尺寸：20m*20mm，50mm*50mm，2"*2"和4"*4"，也可定制；6. 运动应力：最高抗应力可达20KV/mm；7. 绝缘系数：最大值可达10000；8. 温度系数：最高温度可达500℃；9. 电阻率：最小值可达6Ω*cm;10. 芯片：普通芯片类型压电陶瓷片，尺寸按照客户定制；11. 型号：PN-2030压电陶瓷片，它具有豪华外观，坚固耐用；12. 标准：按照JIS,ASTM,IEC标准来生产；13. 电容量：0.1~1.2uf/2.2~10uf/10.0~1000uf/1000~10000uf；14. 电磁感应-> 磁感应熔断：最小的可达18kA/m；15. 力学特性：平衡孔宽，强度高；16. 耐温特性：可耐高温达到500℃；17. 耐化学性能：适用于各种溶解和溶解环境；18. 耐磨损特性：表面硬度可高达1340Hv；19. 材料方向分布：压电陶瓷片具有非均匀的材料方向分布，是多层压电陶瓷结构，其具有抗拉力、抗折弯力等。
20. 电子特性：压电陶瓷片具有高磁性、耐磁变分布特性，并且有一定的电子特性；21. 遗传特性：压电陶瓷片具有较好的遗传性能，具有好的温度稳定性和绝缘性；22. 特殊性能：压电陶瓷片具有可调性良好的特性，可根据用户的不同需求而定制压电陶瓷片。
pzt-4压电陶瓷电学参数
pzt-4压电陶瓷电学参数
PZT-4是一种常见的压电陶瓷材料，具有优良的压电性能和电
学参数。
关于PZT-4的电学参数，我们可以从多个方面来进行全面
的回答。
首先，PZT-4的介电常数通常在1000至1500之间，这意味着
它在外加电场下的极化能力非常强。
这也使得PZT-4成为一种优秀
的压电材料，可用于传感器、换能器和压电马达等应用。
其次，PZT-4的压电常数通常在600至750之间，这表明它对
于机械应力的响应非常敏感。
这使得PZT-4在压电传感器和执行器
方面有着广泛的应用，例如压力传感器、声波发生器等。
此外，PZT-4的电机械耦合系数通常在0.6至0.7之间，这意
味着它能够高效地将电能转换为机械能，或者将机械能转换为电能，因此在压电换能器和压电马达中有着重要的应用。
另外，PZT-4的电阻率通常在10^9至10^11Ω·cm之间，这使
得它在一些特定的电学应用中能够表现出良好的绝缘性能。
总的来说，PZT-4作为一种压电陶瓷材料，具有较高的介电常数、压电常数和电机械耦合系数，以及较高的电阻率，这些优秀的电学参数使得它在压电传感器、换能器、压电马达等领域有着广泛的应用前景。
希望这些信息能够对你有所帮助。
材料测试方法举例——压电陶瓷
材料测试方法举例——压电陶瓷压电陶瓷是一种能够产生压电效应的陶瓷材料，具有压电、电致伸缩和压电声发射等特性。
为了评估压电陶瓷的性能和质量，需要进行一系列的材料测试方法。
下面是针对压电陶瓷的几种常用测试方法举例，供参考。
1.压电常数测试：压电常数是评价压电陶瓷的重要指标之一，用于描述材料对外力作用下电荷产生的比例关系。
测试之前，首先需将压电陶瓷样品制成规定的尺寸，然后通过设备施加压力，测量在不同压力下的电荷大小，进而计算压电常数。
常用的测试方法包括电荷常数法、弯曲法和悬臂梁法等。
2.电机械耦合系数测试：电机械耦合系数是反映压电陶瓷在电场作用下的振动和机械功率输出之间关系的指标。
测试时，将压电陶瓷样品固定在振动台上，通过施加电压激励材料振动，测量振动的频率和幅值，然后计算电机械耦合系数。
3.管路声发射测试：压电陶瓷可以应用于声发射传感器，用于检测管路中的泄漏或其他故障。
测试时，将压电陶瓷传感器安装在管路上，并进行正常运行的测试过程。
通过监测传感器产生的压电信号变化，可以识别管路中是否存在泄漏或故障。
4.微观结构分析：压电陶瓷的微观结构对其性能具有重要影响，因此需要进行微观结构分析。
常用的方法包括扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）和X射线衍射（XRD）等。
通过这些技术，可以观察到材料的晶粒结构、晶格畸变和缺陷等信息，从而评估材料的质量和性能。
5.稳态和瞬态性能测试：为了确定压电陶瓷的稳态和瞬态性能，需要进行相应的测试。
稳态性能测试主要包括电压-位移曲线测试和电压-电荷曲线测试，通过施加不同的电压并测量相应的位移或电荷，来评估材料对电场刺激的响应。
瞬态性能测试主要包括步进响应测试和冲击响应测试，通过输入瞬态电压或冲击信号，测量材料的响应时间和能量转换效率。
上述仅是压电陶瓷测试方法的一小部分举例，实际测试方法应根据具体应用和需求进行选择和设计。
测试方法的选取应考虑准确性、重复性、可靠性和可操作性等因素，以确保对压电陶瓷材料进行准确全面的评估。
关于PZT
压电陶瓷主要用于制造超声换能器、水声换能器、电声换能器、陶瓷滤波 器、陶瓷变压器、陶瓷鉴频器、高压发生器、红外探测器、声表面波器件、电 光器件、引燃引爆装置和压电陀螺等。
1.保定市宏声声学电子器材有限公司提供的参数
2，联能科技的 PZT 参数 3，哈尔滨芯明天科技有限公司 （1）输出力与位移的关系曲线
（2）输出位移于电压的关系曲线
二．PZT 的重要参数 1.压电应变常数 D(Piezoelectric Strain Constant)是压电体把机械能转变
为电能或把电能转变为机械能的转换系数。它反映压电材料弹性（机械）性能 与介电性能之间的耦合关系。 d33,d15,d31 ?
2.谐振频率 fr，并联谐振频率 fp，串联谐振频率 fs、最小导纳频率 fn （minimum admittance frequency）、基频（fundamental frequency）、泛音 频率（fundamental frequency）
压电陶瓷只在某一温度范围C 时，压电陶瓷发生结构相转变，这个临界温度 TC 称为居里温度。 6 温度稳定性(TEMPERATURE STABILITY) 指压电陶瓷的性能随着温度变化的特性，一般描述温度稳定性有温度系
数或最大相对漂移二种方法。 7.电 学 品 质 因 素 Qe（ electrical quality factor ） 与 机 械 品 质 因 数 Qm
3.机电耦合系数 平面机电耦合系数 KP，横向机电耦合系数 K31、纵向机电耦合系数 K33、厚度 伸缩机电耦合系数 KT、厚度切变机电耦合系数 K15
压电陶瓷的极化原理和测试方法
中应用很 广泛 ， 尤其 是海 洋压 电检波器 ， 近年 来得到 大 量 的应 用 。但是 人们 对 压 电陶 瓷 的知 识 ， 以及 极 化 性 能 了解 的并不 多 。本 文介 绍 的有 关压 电 陶瓷 方面 的知
识， 就是 为 了让 地震 检 波器 设 计 人员 掌 握 和 了解 压 电
２ １ 静 态法 ．
胞 的三 个边 长不 相 等 ， ： 即 口＝ｂ＜ｃ 产 生 了 电荷 中心 ；
偏离， 具有 压 电性 。这 种极 化是 自身 产生 的 ， 并不 是外 加 电场所 产生 的 。
认识 有 了一个 质 的变化 。在研究 Ｂ ＴＯ 压 电材料 时 ， ａｉ３
向压 电常数 ｄ的值 也 是 不 同 的 。其 中 沿方 向 ３的值 最大 ， ｄ３ 即 ３＞＞ｄｌ ｄ２ ３和 ３。如 果用 电流 计测 量 时 ， 只 有 ｄ３ ３中有 电流 ， 它 两个 方 向不 产 生 电流 。压 电陶 其
目 ， 前 压电材料的应用 已经渗透到 了人们 的生活
及科 学技 术领域 中的众多 方面 。压 电材料 自从 发现 以 来， 发展 迅速 ， 们 已经 掌 握 了压 电材 料 的很 多 特 性 。 人 对压 电材 料 的认 识 大致 分 为 三个 阶段 ： 人们 仅 仅 认 ①
识 和发现 了压 电材料 的高 介 电 常数 ； 认 识 了压 电材 ② 料 的铁 电性 ； 人们 偶然发 现 了压 电材 料的极 化性 能 。 ③ 但 当发现 Ｂ ＴＯ３ 型压 电材料后 ， ａｉ 新 人们 对压 电材料 的
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３２ ・
石 油 仪 器 Ｐ Ｔ Ｏ Ｅ Ｍ ＩＳ Ｒ ＭＥ Ｔ Ｅ Ｒ Ｌ Ｕ Ｎ Ｔ Ｕ Ｎ Ｓ
２１ ００年 ０ ８月
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pzt压电陶瓷片作用
pzt压电陶瓷片作用PZT压电陶瓷片是一种重要的电子材料，它具有压电效应，可以将机械能转换为电能，或者将电能转换为机械能。
这种材料在许多领域都有广泛的应用，如超声波探伤、声音传感器、喷墨打印机等。
PZT压电陶瓷片的基本结构是由两片压电陶瓷片和一片金属片组成。
当在压电陶瓷片上施加电压时，它会变形并产生机械振动。
这种振动可以通过金属片传递到外部环境中，从而产生声音或超声波。
因此，PZT压电陶瓷片可以被用作声音传感器或超声波探伤器等设备。
除了在声学领域的应用外，PZT压电陶瓷片还在许多其他领域展现出了广泛的应用前景。
例如，在喷墨打印机中，PZT压电陶瓷片可以将电能转换为机械能，推动打印墨水从喷嘴中喷出，形成所需的文字或图像。
此外，PZT压电陶瓷片还可以被应用于能量转换、振动控制、电子乐器等领域。
具体而言，PZT压电陶瓷片的特点和优点有：1. 压电效应强：PZT压电陶瓷具有很强的压电效应，可以将机械能高效地转换为电能或相反的过程。
2. 居里温度高：这使得其在高温环境下能够保持稳定的性能。
3. 机电耦合系数高：这意味着它能够实现机械能和电能之间的高效转换。
4. 机械品质因数高：这表示其能量转换效率高，能够减少能量损失。
5. 各项机电参数随温度、时间等外界因素的影响小：这意味着它的性能相对稳定，受外界环境因素影响较小。
6. 结构阻抗低、灵敏度高、动态范围宽响应在宽频带呈现平坦特性：这些特点使其在各种应用中表现出良好的性能。
7. 功率大：PZT-8主要用于发射信号，在超声领域中有广泛的应用。
8. 高接收敏度：PZT-5对激励信号感应强烈，主要用于传感器。
9. 柔韧性好：相比传统的压电陶瓷，有机压电材料如PVDF（聚偏二氟乙烯）具有更好的柔韧性，可以产生更大的变形，有更高的机电转换效率。
总之，PZT压电陶瓷片由于其独特的性能和广泛的应用领域，成为了工程应用中使用最多的压电材料之一。
PZT压电陶瓷的软、硬性取代
1．PZT压电陶瓷的软性取代（施主掺杂）是在PZT陶瓷中掺入电价比Pb2+高的La3+、Bi3+、Sb3+等离子或电价比Ti4+高的Nb5+、Ta5+、Sb5+、W6+等离子。
掺杂后PZT陶瓷的矫顽场Ec下降，ε、Kp、tgδ增大，Qm下降，抗老化性增强，体电阻率（ρv）增大。
这里的“软”是指加入这些添加物后能使矫顽场强Ec下降，因而在电场或应力作用下，材料性质变“软”。
材料性质变“软”可由应力缓冲效应解释。
高价离子取代产生Pb缺位，可缓冲几何形变产生的应力，使得电畴定向激活能下降，电畴容易运动，更容易沿外电场定向。
2．PZT压电陶瓷的硬性取代（受主掺杂）是在PZT陶瓷中掺入电价比Pb2+低的Na+、K+等离子或电价比Ti4+低的Fe2+、Co2+、Ni2+、Cr3+等离子。
掺杂后PZT陶瓷的矫顽场Ec增大，ε、Kp、tgδ下降，Qm增大，抗老化性下降，ρv 降低。
这里的“硬”是指加入这些添加物后能使矫顽场强EC增大，因而在电场或应力作用下，预极化与去极化均更困难，材料性质变“硬”。
材料性质变“硬”的原因是由于Pb缺位的下降，缓冲作用被削弱，空间电荷密度增大，反向偏置电场容易建立，氧八面体的歪曲，使电畴转向受到更大的阻力。
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电极
电极
基本知识介绍
压电效应
正压电效应：外界应力作用下（机械能），表面产生电荷（电能）
逆压电效应：外加电场作用下（电能），一定方向产生机械形变或机械压力
电能
正压电效应
逆压电效应
电能
机械能
－－－－－－
机械能
F －－－－－ － ＋＋＋＋＋
机械能
电能
＋＋＋＋＋＋
极化方向
Ｅ
极化方向 －－－－－ ＋＋＋＋＋ ＋
U 型刚体
压电微制动器
滑块
音圈电机
HSA PZT 结构示意图
悬臂刚性区
PZT 元件 环氧胶
PZT 元件 环氧胶
U 型刚体
HSA PZT 结构切片示意图
HSA PZT 压电陶瓷应用介绍
PZT 不良背景介绍
Th料
有机高分子 压电材料
参数
压电常数 弹性常数（刚度） 介电常数 机电耦合系数 电阻 居里点 压电效应强弱：灵敏度 固有频率、动态特性 固有电容、频率下限 机电转换效率 泄漏电荷、改善低频特性 丧失压电性的温度
基本知识介绍
压电材料
PZT 压电陶瓷 （锆钛酸铅陶瓷）---压电效应
用锆、钛、铅的氧化物配制后烧结而成。一般采用双模结构（压电陶瓷片+金属振动片）
基本知识介绍
等效电路
静电发生器或绝缘介质平板电容器：外部机械硬力作用下，电极两端产生极性相 反电量相等的电荷
机械应力 F
电极
电极
+++++
_____
等效
＋＋＋＋ Q ――――
压电晶体
静电发生器
Q Ca
压电传感器
形变时电极会 产生异性等量 电荷
电容器
Ua
Ca
Q Ua Ca
电压等效模型
Q Ca
正压电效应：F（应力或形变）输入--->Q\U （电量或电压） 逆压电效应： Q\U （电量或电压）输入--->F（应力或形变）输出
压力输入F
电压输出
形变输出
电压输入
压电介质
压电介质
应力输入电压输出正压电效应
电压输入形变输出产生逆压电效应
正压电效应：Q =d33 *F d33 为压电参数 ：压电材料把机械能转变为电能或把电能转变为机械能的转换系数，它为反映力学 量 (应力或应变)与电学量(电位移或电场)间相互耦合的线性响应系数 测量仪器： ZJ-3AN型准静态d33测量仪
PZT 压电陶瓷介绍和测试方法
Prepared by : Wenjie Zhuang
主要内容
基本知识介绍
压电材料 压电效应 压电式传感器工作原理、技术参数及等效模型
HSA PZT 压电陶瓷应用介绍
组成架构及工作原理
PZT 不良背景介绍
测试方法推荐
基本知识介绍
压电材料
正压电效应
形变前的状况 形变后的状况
－－－－－－ ＋＋＋＋＋＋
逆压电效应
电 场 方 向
基本知识介绍
压电传感器工作原理
是以某些电介质的压电效应为基础，在外力作用下，在电介质的表面上产生电荷，从而实现 非电量测量
受力、表面形变
压电器件
电荷
表现形式
基本知识介绍
等效模型
正压电效应和逆压电效应等效模型如下：
Q Ua Ca
电荷等效模型
F
压电常数 d
Q=U*C
HSA PZT 压电陶瓷应用介绍
HSA （磁头悬臂装置）结构及功能介绍
PZT元件作用是利用其高压电常数特性，使读写磁头发生水平位移，从而使HSA 水平旋转和 精确寻轨
交变电压
U 型刚体 电荷变化
PZT 元件
位移变化
精确寻轨
HSA
悬臂弹性区
定义
在外力作用下产生电流，或反过来在电流作用下产生力或形变的一种功能材料
类别
类 别
石英晶体 压电陶瓷
材 料
单晶体、水晶 （人造、天然） 人造多晶体 压电半导体
成 分
SiO2 钛酸钡、PZT 钡、铌酸盐系 压电特性 半导体特性
特 性
d11=2.31×10-12C/N， 压电系数稳定，固有频率稳定 承受压力700-1000Kg/cm2 压电系数高 d33=190×10-11C/N 品种多、性能各异 集成压电传感器 质轻柔软、抗拉强度高、 机电耦合系数高
P-->“Pb”（铅元素），Z-->“Zr” （锆元素），T-->“Ti” （钛元素） 特点
– 具有显著的介电、压电和铁电特性 – PZT铁电厚膜兼有块状材料和薄膜的优点，可在低压和高频条件工作
– 压电厚膜微致动器作为磁记录行业的首选材料，被用来解决硬盘驱动器磁头精确定位的难题
应用范围：机械能电能相互转换类传感器