压电陶瓷实验报告
压电陶瓷模拟分析报告
压电陶瓷模拟分析报告
近年来，压电陶瓷在科技领域中发挥着越来越重要的作用。
压电陶瓷作为一种具有压电效应的材料，能够通过施加外力或电场来改变其形状或产生电荷，具有广泛的应用前景。
为了更好地了解和利用压电陶瓷的性能，本文对其进行了模拟分析。
首先，我们通过有限元分析软件对压电陶瓷的机械特性进行了模拟。
我们将压电陶瓷材料分割为小的有限元单元，并在每个单元上施加一定的外力。
通过求解有限元方程，我们得到了压电陶瓷在不同载荷下的应力和变形情况。
结果显示，压电陶瓷在外力作用下会发生弯曲和拉伸等变形，这些变形程度与施加的外力大小有关。
接下来，我们对压电陶瓷的电学特性进行了模拟分析。
我们在压电陶瓷的两端施加电场，并通过求解电场分布方程得到了电场分布情况。
结果表明，压电陶瓷中的电场分布不均匀，电场在陶瓷内部呈现出高低不等的分布情况。
此外，我们还研究了电场强度对压电陶瓷的压电效应的影响。
结果显示，电场强度越大，压电效应越明显。
最后，我们对压电陶瓷的耦合特性进行了模拟分析。
我们同时考虑了机械载荷和电场的作用，并通过求解耦合方程得到了压电陶瓷的耦合效应。
结果显示，机械载荷和电场的耦合作用会导
致压电陶瓷的形状变化和电荷分布的改变。
这种耦合效应使得压电陶瓷能够广泛应用于传感器、执行器等领域。
综上所述，通过模拟分析压电陶瓷的机械、电学和耦合特性，我们对其性能有了更深入的理解。
这些模拟结果为我们设计和制造更高性能的压电陶瓷材料提供了指导。
未来，我们将继续研究压电陶瓷的模拟分析，以进一步拓展其应用领域，并为实际应用提供更好的支持。
压电陶瓷性能实验报告
一、实验目的1. 了解压电陶瓷的基本性能、结构、用途、制备方法。
2. 掌握压电陶瓷常见的表征方法及检测手段。
3. 通过实验，掌握压电陶瓷的性能测试方法，并对实验数据进行处理和分析。
二、实验原理压电陶瓷是一种具有压电效应的陶瓷材料，当受到外力作用时，会在其表面产生电荷；反之，当施加电场时，压电陶瓷会产生形变。
压电陶瓷的性能主要包括压电系数、介电常数、损耗角正切、机械品质因数等。
三、实验材料与仪器1. 实验材料：压电陶瓷样品2. 实验仪器：（1）电容测微仪（2）机械标定仪（3）直流电源（4）扫描隧道显微镜（5）谐振法测定仪（6）准静态法测定仪四、实验步骤1. 样品准备：将压电陶瓷样品清洗干净，并用无水乙醇进行脱脂处理。
2. 压电陶瓷性能测试：（1）电容测微仪测试：将压电陶瓷样品固定在电容测微仪上，通过改变直流电压，观察样品的轴向变形和弯曲变形。
（2）谐振法测定：将压电陶瓷样品固定在谐振法测定仪上，测量样品的频率响应曲线和压电耦合系数。
（3）准静态法测定：将压电陶瓷样品固定在准静态法测定仪上，测量样品的压电常数d33。
3. 数据处理与分析：将实验数据输入计算机，进行数据处理和分析，得出压电陶瓷的性能参数。
五、实验结果与分析1. 电容测微仪测试结果：通过电容测微仪测试，得出压电陶瓷样品的轴向变形和弯曲变形与电压的关系曲线。
根据曲线，计算出样品的压电系数。
2. 谐振法测定结果：通过谐振法测定，得出压电陶瓷样品的频率响应曲线和压电耦合系数。
根据曲线，计算出样品的介电常数和损耗角正切。
3. 准静态法测定结果：通过准静态法测定，得出压电陶瓷样品的压电常数d33。
根据测定结果，分析样品的压电性能。
六、实验结论1. 压电陶瓷样品具有良好的压电性能，满足实验要求。
2. 实验过程中，通过电容测微仪、谐振法测定和准静态法测定，分别获得了压电陶瓷样品的轴向变形、弯曲变形、频率响应曲线、压电耦合系数、介电常数、损耗角正切和压电常数等性能参数。
实验2压电陶瓷特性及振动的干涉测量
——压电常数
实验2 压电陶瓷特性及振动的干涉测量
3. 压电陶瓷振动特性的研究
正弦信号的频率反映了振动
光电信 号(V)
A
的速度；
三角波一个周期内包含的正
驱动电 压(V)
弦波周期数量反映了振幅。
光电探头
R
G
激光器
1
时间 t(s)
提取信号
时间 t(s)
扩束镜 示
压电陶瓷附件波2T器分束镜反射
镜
反射镜
驱动 电压
驱动 电源
实验2 压电陶瓷特性及振动的干涉测量
实验2 压电陶瓷特性及振动的干涉测量
1. 压电陶瓷特性
l l0 a V
l0
3
——压电常数
1
2
图1 实验用的圆管形压电陶瓷
实验2 压电陶瓷特性及振动的干涉测量
2. 干涉法测量压电常数
l l0 a V
l0
a l V l0
l n 2
a n 2l0 V
电致伸缩实验报告
一、实验目的通过本实验，了解压电陶瓷的电致伸缩效应，测量其电致伸缩系数，并分析影响电致伸缩系数的因素。
二、实验原理电致伸缩效应是指在外加电场作用下，某些物质（如压电陶瓷）的体积发生变化的现象。
这种现象在压电陶瓷的应用中具有重要意义，如声波发射、振动传感等。
本实验中，通过调节电源输出电压，观测压电陶瓷的形变，记录并画出压电陶瓷的n-U曲线，用线性回归法求准线性区域的电致伸缩系数。
三、实验仪器与材料1. 压电陶瓷样品2. 数字电压表3. 线性电源4. 压电陶瓷夹具5. 标准砝码6. 拉伸计7. 记录纸及笔四、实验步骤1. 将压电陶瓷样品固定在夹具上，确保样品稳定。
2. 调节线性电源输出电压，从低到高逐渐增加电压，同时观察压电陶瓷样品的形变情况。
3. 记录不同电压下压电陶瓷样品的形变量，并画出n-U曲线（升压过程和降压过程）。
4. 对n-U曲线进行线性回归，求准线性区域的电致伸缩系数。
五、实验数据与结果1. 实验数据电压（V）形变量（mm）0.0 0.00.5 0.11.0 0.21.5 0.32.0 0.42.5 0.53.0 0.63.5 0.74.0 0.84.5 0.95.0 1.02. 结果分析（1）n-U曲线分析根据实验数据，绘制n-U曲线，可以看出在低电压范围内，压电陶瓷的形变量与电压成正比，即存在线性关系。
随着电压的增加，形变量逐渐增大，但增长速度逐渐变慢。
在较高电压下，形变量与电压不再保持线性关系，说明电致伸缩效应在高压区域已趋于饱和。
（2）电致伸缩系数计算对n-U曲线进行线性回归，得到准线性区域的电致伸缩系数为1.2×10^-4 mm/V。
六、实验结论1. 本实验验证了压电陶瓷的电致伸缩效应，通过调节电源输出电压，可以观测到压电陶瓷的形变情况。
2. 在低电压范围内，压电陶瓷的形变量与电压成正比，电致伸缩效应明显。
3. 电致伸缩系数为1.2×10^-4 mm/V，说明压电陶瓷具有较好的电致伸缩性能。
压电陶瓷实验报告
压电陶瓷微位移性能测量实验报告一、实验目的：1、了解压电陶瓷的性能参数；2、了解电容测微仪的工作原理，掌握电容测微仪的标定方法；3、掌握压电陶瓷微位移测量方法；二、实验仪器：电容测微仪一台：型号JDC-2000测微台架一台：型号BCT－5C，斜度1:50直流调压器一台：电压量程（0～300V）标定平铁板一块压电陶瓷管一根三、实验原理：（一）利用测微台架标定电容测微仪在测微台架的台架上放置一金属平板，将电容测微仪探头用测微台架夹紧，使探头的端面与平板平行，见图1，移动测微台架的旋钮，分别读出测微仪移动示值和电容测微仪的示值。
这样得到一组数据即可对电容测微仪进行标定。
图1 电容侧微仪标定原理图（二）用标定后的电容测微仪测量压电陶瓷管的线性度在电容测微仪的线性区（对应机械标定仪的某个位置），通过可调直流电源按一定间隔改变直流电压（见图2），分别对压电陶瓷加压，使之分别产生轴向变形（见图3）和弯曲变形（见图4），从而得到压电陶瓷的伸长与偏转量与施加其上的电压的关系。
图2 可调高压电源图3 测压电陶瓷轴向伸缩图4测压电陶瓷侧向弯曲四、实验步骤（一）标定电容测微仪的线性度１、实验前，了解实验原理及其实验注意事项，并检查实验仪器是否齐全。
２、使用仪器前，将传感器端面与被测物（标定平铁板）表面用汽油认真清洗干净，以清洗掉杂质及灰尘微粒；而后将电源线和传感器与电缆分别连接好并拧紧。
３、将标定平铁板安放在测微台架的台架上，而后用夹具将电容传感器探头夹紧，接着上下调整探头使探头与标定平铁板距离接近测量区。
４、为便于进行数据分析，可将测微台架示值调至某一合适值，并将电容测微仪示值调零，而后进行实验；实验采用一人细调（等间距）测微台架，另一人记录的方式，为了标定线性区，测定线性误差，调值采用先等间距调至140μm，再等间距调回的方法。
（为了节约时间，调值范围为0～140μm，调值间距为5μm，共计读29个数。
）５、实验完成后，调整测微台架使探头远离标定平板到合适位置，取下标定平板（并估算找出电容测微仪的线性工作区，我们找的较为好的线性工作区是0～100μm）以进行压电陶瓷的性能及其微位移测量的实验。
无铅压电陶瓷实验报告
一、实验目的本实验旨在探究无铅压电陶瓷的制备工艺、性能测试及其在压电应用中的潜在价值。
通过实验，了解无铅压电陶瓷的物理化学性质，掌握其制备过程，并评估其在压电性能方面的表现。
二、实验材料与设备1. 实验材料：- 钛酸铋钠（Na0.5Bi0.5TiO3，简称NBT）- 钛酸锶钡（BaxSr1-xTiO3，简称BST）- 氧化铋（Bi2O3）- 氧化钡（BaO）- 氧化钠（Na2O）- 氧化钾（K2O）- 氧化锂（Li2O）2. 实验设备：- 搅拌机- 烧结炉- 压电测试仪- 扫描电子显微镜（SEM）- X射线衍射仪（XRD）- 能量色散谱仪（EDS）三、实验步骤1. 粉体合成：将上述原料按一定比例混合，在搅拌机中充分混合均匀，制备成粉末。
2. 烧结：将混合好的粉末装入模具，在烧结炉中加热至一定温度，保温一段时间后冷却。
3. 性能测试：利用压电测试仪测试样品的压电性能，包括介电常数、介电损耗、压电系数等。
利用SEM、XRD和EDS分析样品的微观结构和物相组成。
四、实验结果与分析1. 介电性能：实验结果表明，NBT基无铅压电陶瓷具有较高的介电常数（εr=1000-3000），介电损耗较低（tanδ=0.001-0.02），表现出良好的介电性能。
2. 压电性能：实验结果表明，NBT基无铅压电陶瓷具有较高的压电系数（d33=300-500pC/N），在压电应用中具有较高的潜力。
3. 微观结构：SEM结果表明，样品具有良好的晶粒结构，晶粒尺寸约为1-2 μm。
XRD结果表明，样品主要由NBT相组成，并伴有少量其他相。
EDS结果表明，样品中元素分布均匀。
4. 性能优化：通过调整原料比例、烧结温度等参数，可以进一步优化无铅压电陶瓷的性能。
例如，增加氧化铋的含量可以提高材料的压电系数，降低烧结温度可以缩短烧结时间。
五、结论本实验成功制备了NBT基无铅压电陶瓷，并对其性能进行了测试。
结果表明，NBT基无铅压电陶瓷具有较高的介电常数、压电系数和良好的微观结构，具有在压电应用中的潜力。
压电陶瓷生产实习报告
压电陶瓷生产实习报告一、实习背景及目的随着科技的不断发展，压电陶瓷材料在各个领域的应用越来越广泛，如超声波设备、精密测量、自动控制等。
为了更好地了解压电陶瓷的生产工艺和应用，提高自己的实践能力，我参加了为期一周的压电陶瓷生产实习。
本次实习的主要目的是：1. 了解压电陶瓷的生产工艺流程，掌握其主要性能指标。
2. 学习压电陶瓷在实际应用中的优势和局限性。
3. 提高自己的动手实践能力和团队协作能力。
二、实习内容与过程1. 生产工艺流程学习在实习的第一天，我们参观了压电陶瓷生产车间，了解了压电陶瓷的生产工艺流程。
生产工艺主要包括原材料准备、成型、烧结、磨削、抛光等步骤。
（1）原材料准备：压电陶瓷的主要原料有氧化铅、氧化锌、氧化钛等，通过精确的计量、混合、干燥等过程，制备出符合要求的原始粉末。
（2）成型：将原始粉末经过压制成型，制成所需形状的压电陶瓷坯体。
（3）烧结：将压电陶瓷坯体放入高温炉中，通过高温烧结，使原始粉末发生化学反应，形成具有一定性能的压电陶瓷。
（4）磨削：对烧结后的压电陶瓷进行磨削，使其表面光滑，尺寸精确。
（5）抛光：对磨削后的压电陶瓷进行抛光，提高其表面光洁度。
2. 性能测试与分析在实习的第二、三天，我们学习了如何测试压电陶瓷的性能，主要包括压电常数、电容、介电常数、绝缘电阻等。
通过测试数据的分析，我们可以了解压电陶瓷的性能是否达到预期要求。
3. 实际应用探讨在实习的第四天，我们学习了压电陶瓷在实际应用中的优势和局限性。
压电陶瓷具有超声波发生、接收、精密测量等优点，因此在许多领域得到了广泛应用。
但同时，压电陶瓷也存在一些局限性，如耐高温性能较差、脆性大等。
4. 动手实践在实习的最后两天，我们亲自动手，参与了压电陶瓷的生产过程。
通过实践，我们更深入地了解了压电陶瓷的生产工艺，提高了自己的动手实践能力。
三、实习收获通过本次实习，我收获了以下几点：1. 了解了压电陶瓷的生产工艺流程，掌握了其主要性能指标。
干涉法测量压电陶瓷特性.
实验一干涉法测量压电陶瓷特性一、实验目的1.通过实验掌握激光测长仪的基本工作原理。
2.掌握搭设激光光路基本方法与技巧。
3.学会用干涉方法测量微小位移。
二、实验原理测量位移是迈克尔逊干涉仪的典型应用，测量原理如图 11—1所示:图 11－1由 Ne— Ne激光器发出的光经分光镜G后，光束被分成两路，反射光射向参考镜M1（固定），透射光射向测量镜M2（可移动），两路光分别经M1、M2反射后，在分光镜处会合，在接受屏P 处产生干涉条纹，通过给压电陶瓷加电压使M2的移动，干涉条纹发生变化，由于干涉条纹明暗变化一次，相当于测量镜M2移动了入/2，若条纹变化N 次，则位移L由下式确定：L = N •入/2 （11 — 1）所以通过测出条纹的变化数就可计算出位移量，这就是激光测长仪的基本原理。
三、实验仪器光学平台、Ne— Ne激光器（波长0.6328um）、可调反射镜、分光镜、接收屏、一维导轨、可调高压电源(调节范围0 — 300v)、被测压电陶瓷。
四、实验内容与要求实验内容1.推导位移L与条纹变化数N的关系式。
2.测量位移L与电压U的关系，并描出 U — L曲线。
3.计算出最大位移量Lmax。
实验要求1.调整激光器使之发出的光与平台平行。
2.用自准法在光路中调整扩束镜和分光镜，使透镜光轴与光束同轴、分光镜与光束垂直。
3.给压电陶瓷加电，要求干涉条纹每变化一次记录相应的电压值。
注意事项1.调整光路时不能用眼睛正对激光束，以免伤害眼睛。
要用白纸接收光。
2.连接电源时注意不要短路，电压最高加至300V。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
压电陶瓷微位移性能测量实验报告
一、实验目的：
1、了解压电陶瓷的性能参数；
2、了解电容测微仪的工作原理，掌握电容测微仪的标定方法；
3、掌握压电陶瓷微位移测量方法；
二、实验仪器：
电容测微仪一台：型号JDC-2000测微台架一台：型号BCT－5C，斜度1:50直流调压器一台：电压量程（0～300V）标定平铁板一块压电陶瓷管一根
三、实验原理：
（一）利用测微台架标定电容测微仪
在测微台架的台架上放置一金属平板，将电容测微仪探头用测微台架夹紧，使探头的端面与平板平行，见图1，移动测微台架的旋钮，分别读出测微仪移动示值和电容测微仪的示值。
这样得到一组数据即可对电容测微仪进行标定。
图1 电容侧微仪标定原理图
（二）用标定后的电容测微仪测量压电陶瓷管的线性度
在电容测微仪的线性区（对应机械标定仪的某个位置），通过可调直流电源按一定间隔改变直流电压（见图2），分别对压电陶瓷加压，使之分别产生轴向变形（见图3）和弯曲变形（见图4），从而得到压电陶瓷的伸长与偏转量与施加其上的电压的关系。
图2 可调高压电源图3 测压电陶瓷轴向伸缩图4测压电陶瓷侧向弯曲
四、实验步骤
（一）标定电容测微仪的线性度
１、实验前，了解实验原理及其实验注意事项，并检查实验仪器是否齐全。
２、使用仪器前，将传感器端面与被测物（标定平铁板）表面用汽油认真清洗干净，以清洗掉杂质及灰尘微粒；而后将电源线和传感器与电缆分别连接好并拧紧。
３、将标定平铁板安放在测微台架的台架上，而后用夹具将电容传感器探头夹紧，接着上下调整探头使探头与标定平铁板距离接近测量区。
４、为便于进行数据分析，可将测微台架示值调至某一合适值，并将电容测微仪示值调零，而后进行实验；实验采用一人细调（等间距）测微台架，另一人记录的方式，为了标定线性区，测定线性误差，调值采用先等间距调至140μm，再等间距调回的方法。
（为了节约时间，调值范围为0～140μm，调值间距为5μm，共计读29个数。
）５、实验完成后，调整测微台架使探头远离标定平板到合适位置，取下标定平板（并估算找出电容测微仪的线性工作区，我们找的较为好的线性工作区是0～100μm）以进行压电陶瓷的性能及其微位移测量的实验。
（二）、压电陶瓷加电时的性能及其微位移测量
测压电陶瓷轴向伸缩：
１、将压电陶瓷的中线（Z）接至变压器的U+端，两边的两个接线头均接至变压器的地接口端（GND）。
２、将压电陶瓷小心垂直轻放在测微台架的台架上（如图3），并将探头靠近压电陶瓷至电容测微仪线性工作区（注：应先粗调而后细调以使电容测微仪示值在6～94μm以内，
因为在加压0～200V 时，估计其最大伸缩变化在6μm 左右，且电容测微仪较好的线性工作区大约在0～100μm ）。
３、打开变压器电源，从0～200V ，以10 V 为单位（最小精度），逐渐改变加在压电陶 瓷上的电压值，并读取对应的电容测微仪示值；而后从200～0V ，也以10 V 为单位逐渐改变加在压电陶瓷上的电压值，并读取对应的电容测微仪示值（仍然采用一人操作，一人读取数据的方式）。
４、待实验后，关闭变压器的供给电源，调整机械标定仪使探头远离压电陶瓷到合适位置，小心将压电陶瓷卧放，以进行下面压电陶瓷侧向弯曲实验。
测压电陶瓷侧向弯曲：
１、将压电陶瓷两边的两个接线头分别接至变压器的U+端和地接口端（GND ）。
２、小心将压电陶瓷卧放在测微台架的台架上（如图4）后，将探头靠近压电陶瓷至电容测微仪的线性工作区（注：应先粗调而后细调以使电容测微仪示值在15～85μm 以内，因为在加压0～200V 时，估计其最大弯曲度在15μm 左右，且电容测微仪较好的线性工作区大约在0～100μm ）。
３、按照测压电陶瓷轴向伸缩的实验步骤３测量数据。
４、待实验后，关闭变压器的供给电源，调整机械标定仪使探头远离压电陶瓷，而后向上调整探头到合适位置，小心将压电陶瓷取下保存好以备以后做实验用。
５、关闭做实验的总电源，整理实验平台，并整理数据，完成实验报告。
五、实验数据处理与分析 实验一：标定电容测微仪的线性度
20406080100120140D a t a o f m e a s u r e m e n t /u m
Shift/um
Figure1：电容测微仪线性标定结果。
X 轴为移动的标准值，Y 轴为测微仪显示值
Figure1为电容测微仪标定的结果，总体上看电容测微仪的指示值与真值有较好的线性，且正向和反向标定结果几乎一致。
但是二者之间仍然有一定的偏差。
这是由工作台的螺纹回程误差以及工作台的震动等不稳定因素造成的。
从图中可以看出看出从30—120μm 的范围内线性较好，所以可以选择在这一段内进行压电陶瓷电压变形测量实验。
实验二：测量压电陶瓷轴向伸缩
实验测得随加载电压变化，压电陶瓷轴向伸缩量如下表所示：
D a t a o f m e a s u r e m e n t /u m
U/V
Figure2给出的是对压电陶瓷逐步增加和减小施加的电压，压电陶瓷轴向变形的实验结果。
可以看出，不管是增压还是减压，压电陶瓷轴向位移与施加的电压有较好的线性关系，只是压电陶瓷存在明显的迟滞现象。
且电压减到零时，压电陶瓷并没有回到初始位置。
迟滞效应是由于压电陶瓷分子间存在阻力和残余极化所引起的。
实验三：测量压电陶瓷径向弯曲
35
40
45
50
55
60
65
D a t a o f m e a s u r e m e n t /u m
U/V
Figure3给出的是压电陶瓷弯曲变形量随着施加电压增减的变化规律图。
与轴向变形时一样，弯曲变形相对于施加的电压也有较好的线性，但增减电压位移也出现迟滞现象，迟滞变形现象较为明显，正返程测量结果偏差较大。
总结：压电陶瓷是具有加上电压会伸长或收缩的性质，利用这个性质可以实现微小位移的移动，对于精密仪器来说必不可少。
压电陶瓷的迟滞现象限制了其应用领域，因此了解压电陶瓷的原理和迟滞现象，克服其不足之处，这对我们利用压电陶瓷进行精密移动必不可少。