PZT压电陶瓷介绍和测试方法讲义资料
pzt-8 大功率压电陶瓷 特点
pzt-8 大功率压电陶瓷特点PZT-8（铅锆钛-8）是一种高功率压电陶瓷材料，具有以下特点：1.高电机械耦合系数：PZT-8具有较高的电机械耦合系数，能够将输入的电能有效地转换为机械振动能量。
这使得PZT-8在声波发射、接收和传感等领域具有出色的表现。
2.高机械强度：PZT-8具有较高的机械强度，使其能够承受较大的压力和负荷，具有良好的耐磨损性能。
3.宽工作温度范围：PZT-8具有较宽的工作温度范围，能够在高温和低温环境下保持稳定性能。
它适用于在恶劣环境条件下的应用，如航空航天、核工程等。
4.快速响应速度：PZT-8具有快速的响应和振动速度，能够实现快速的工作和控制。
这使其在快速响应和精准控制要求较高的领域，如超声波成像、精密加工和精确定位等方面表现出色。
5.高效能转换：PZT-8能够将电能有效地转换为机械能，并且具有较高的功率密度。
这意味着在同样输入功率的情况下，PZT-8能够提供更高的输出功率，具有较高的能量转换效率。
6.宽频响范围：PZT-8具有宽带频率特性，能够在较宽的频率范围内工作。
这使得PZT-8适用于需要在不同频率下进行振动、检测或传感的应用，如压电换能器、声波发射器和接收器等。
7.良好的温度稳定性：PZT-8在较宽的温度范围内具有较好的稳定性，能够在不同温度条件下保持一致的性能。
这使得PZT-8适用于需要在高温或低温环境中工作的应用，如热敏控制、温度传感和热能转换等。
总的来说，PZT-8大功率压电陶瓷具有高耦合系数、高机械强度、宽工作温度范围、快速响应速度、高效能转换、宽频响范围和良好的温度稳定性等特点。
这使得它在声波、震动、传感、控制和能量转换等领域具有广泛应用的潜力。
阐述压电陶瓷对蓄电池充电的方法
阐述压电陶瓷对蓄电池充电的方法压电陶瓷是一种具有压电效应的功能陶瓷，压电效应是指由应力诱导出电场或磁场，或者由电场或磁场诱导出应力或应变的一种现象，前者为正压电效应，后者为负压电效应。
本文研究压电陶瓷的正压电效应，并提出了将阻尼振动机械能存储到蓄电池中的技术。
本文分析了两种悬臂梁附着压电陶瓷的阻尼振动特性和电压输出特性，结合国内外的一些蓄电池模型提出了铅酸蓄电池的充电电路模型，并分析了压电陶瓷对蓄电池充电的方法。
1 压电陶瓷发电分析及其等效电路模型1.1 压电陶瓷PZT介绍压电陶瓷PZT（钛酸铅）是呈正方体或菱面体形式的铁电体聚合晶粒状，接近立方体结构。
在居里温度（470℃～490℃）以上时，晶粒呈正方对称的结构，但是当温度下降到居里温度以下时，氧离子O2-和钛离子Ti4+一起相对于铅离子Pb2+发生了偏移，表现出了正负极性，由于材料的这种微观不对称性，使之具有了压电性。
1.2 悬臂梁附着压电陶瓷的发电分析图1 悬臂梁结构与压电陶瓷极化方向假设将压电陶瓷功能材料附着在悬臂梁上，如图1所示，用ANSYS软件建模技术分别分析压电陶瓷的极化方向与悬臂梁相垂直（A）和相平行（B）两种情况。
模型（A）用以模拟压电陶瓷片结构，模型（B）用以模拟PFC（压电陶瓷纤维复合材料）结构，PFC为将压电陶瓷纤维镶嵌到聚乙烯等材料中得到UD型等形式的复合材料。
假设悬臂梁的自由端N3与振动源相连，振源的表达式U=UMsin（2πft），UM=0.05mm，f=20Hz。
将该振源施加在模型的N3点，设N4和N5点为零电压，其他节点连接方式如图1所示，使用ANSYS的瞬态响应分析法，采样时间为0.001秒，不断采集模型的两电极的电势差，得到输出电压特性。
得到压电陶瓷纤维复合材料（B）的输出电压可达到1300V，这种材料常用来做高压脉冲设备，不易于对蓄电池充电，所以本文选择纯压电陶瓷片作为研究对象。
模型（A）纯压电陶瓷片的电压输出特性，电压幅值为8.02V，而且稳定和易于控制。
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。
pzt压电陶瓷片的密度
pzt压电陶瓷片的密度
pzt压电陶瓷片是一种具有多种功能的陶瓷材料，因其较高的性能，广泛地应用于电子电路及机械加工等领域。
1. pzt压电陶瓷片的特点：
（1）能够产生拉力变形，具有良好的压电效应；
（2）具有较为稳定的表观温度系数，热稳定性好；
（3）具有良好的泄漏电流特性，使得它成为最常用的气体绝缘材料；（4）耐生化腐蚀性，耐电压冲击的能力较强。
2. pzt压电陶瓷片的密度：
PZT压电陶瓷片的密度通常为7.4～7.7 g/cm3，少数情况下达到8.5
g/cm3，它的重量要比碳化硅陶瓷的重量要轻；此外，它能够长时间使用，具有很高的绝缘水平，使得它成为非常有效的智能传感器和传感器内电路元件。
3. pzt压电陶瓷片的应用：
（1）它在电子电路中可以作为高精度控制元件及保护设备；
（2）也可以用作压力、温度以及湿度的传感器；
（3）具有传导和透射功能的复合型光电器件；
（4）也可以用于声学设备，用于发射和接收声音振动，具有良好的稳定性；
（5）还可以用作气体分离膜，提高产品性能。
4. pzt压电陶瓷片的研发前景
PZT压电陶瓷片在发电、驱动和容纳等领域都有应用，具有极大的潜力。
随着人们对新型气体和微纳米技术的不断发展，PZT压电陶瓷片应用领域也将不断扩展，开发出更多高性能的新型PZT压电陶瓷片。
未来的PZT压电材料将具有更好的性能，使得开发者可以实现新的技术和产品，这可以被很好地应用于消费电子设备领域，例如电子游戏机、导航仪等等。
PZT陶瓷的压电性能测试实验报告
2.实验报告要求：
1）理解压电效应和掌握PZT的制备流程； 2）简要说明PZT压电陶瓷的d33的测试过程； 3）实验报告用正规的报告纸书写，要求思路清晰、书写工整。
行星球磨机
手动式粉末压片机
准静态d33测量 仪
3.PZT压电陶瓷的制备
3.2 PZT陶瓷的制备：
球磨 成型及增塑 预烧排塑及烧结
1.使各种原材 料分布均匀， 便于固相反应 的生成 2.使物料粉碎 达到一定的细 度，以利于降 低烧成温度
1.赋予材料可塑 性，便于成型， 使坯件具有较高 的致密度 2.增加瓷料的粘结 性，并减少与模壁 的摩擦力，便于脱 模
快速模式即连续测量，被测元件均为极化后已放置一点时间并已彻 底放电后的试样，此时“放电提示”红色发光二极管闪烁，随时提醒 操作人员首先对压电元件放电后再进行测量，以避免损坏仪器。选择 “快速模式”测量，每更换一个被测元件，表头会迅速显示d33结果及 正负极性。
3.4“安全模式”测量
对于刚刚极化完的压电试样，在短时间内，即使多次放电也很难彻 底放完，压电试样上仍然会存在少则几千伏，多则几万伏的电压。选 择“安全模式”可使仪器在测量过程中能自动对被测元件进行放电， 以确保仪器安全。在插入被测试样后，放电过程开始并自动完成，此 时表头指示为零，按下“测量触发”键，表头才能显示出测量结果。 每测一只元件，都要重复一次上述过程。在“安全模式”状态下， “放电提示”指示灯熄灭，“测量触发”按钮内的绿色发光二极管一 直点亮。
预烧温度800℃， 主要目的是排除 粘结剂，并使坯 体有一定的强度 烧结温度1200℃， 烧成好坏标准： 陶瓷收缩情况和 表面裂纹
3.PZT压电陶瓷的制备
3.3 极化：
硅油的作用： 1：保温； 2：绝缘。
PZT压电陶瓷介绍和测试方法-PPT精选文档
– 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
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
HSA PZT 工作原理
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
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
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
整理的压电陶瓷基本介绍
压电陶瓷报告1.基本概念压电陶瓷由一颗颗小晶粒无规则“镶嵌”而成，如图1所示。
图1 BSPT压电陶瓷样品断面SEM照片每个小晶粒内还具有铁电畴组织，如图所示。
图PZT陶瓷中电畴结构的电子显微镜照片1.1晶胞结构目前应用最广泛的压电陶瓷是钙钛矿（CaTiO3）型结构，如PbTiO3、BaTiO3、KxNa1-xNbO3、Pb(ZrxTi1-x)O3等。
该类材料的化学通式为ABO3。
式中A的电价数为1或2，B的电价为4或5价。
其晶胞（晶格中的结构单元）结构如图所示。
压电陶瓷的晶胞结构随温度的变化是有所变化的。
如下式及图6所示。
PbTiO3（PT ）：四方相 立方相BaTiO3（BT ）：三角相 正交相 四方相 立方相自发极化的产生以BT 材料由立方到四方相转变为例，分析自发极化的产生，如图7所示。
（a ）立方相 （b ）四方相由图可知，立方相时，正负电荷中心重合，不出现电极化；四方相时，因490℃ 120℃ 5℃ -90℃Ti4+沿c轴上移，O2-沿c轴下移，正负电荷中心不重合，出现了平行于c 轴的电极化。
这种电极化不是外加电场产生的，而是晶体内因产生的，所以成为自发极化，其相变温度TC称为居里温度。
1.2压电效应某些介质在力的作用下，产生形变，引起介质表面带电，这是正压电效应。
反之，施加激励电场，介质将产生机械变形，称逆压电效应。
其中，如果压力是一种高频震动，产生的就是高频电流。
如果将高频电信号加在压电陶瓷上时，则产生高频声信号（机械震动）。
1.3压电陶瓷具有这种性能的陶瓷称为压电陶瓷，发生正压电效应时，表面电荷的密度与所受的机械应力成正比。
当发生负压电效应时，形变的大小与电场强度成正比。
1.4压电作用机理压电效应首先是在水晶晶体上发现的，现在我们以水晶晶体为模型，说明产生压电效应的物理机理。
当不施以压力时，水晶晶体正、负电荷中心如上图分布，设这时正、负电荷中心重合，整个晶体的总电矩等于零，晶体表面不荷电（不呈压电性）。
- 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)。
正压电效应
电能
机械能
逆压电效应
电能
F－ － － － － －
电能
＋＋＋＋＋
机械能
Ｅ
极化方向
－－－－－ ＋＋＋＋＋ ＋
正压电效应
形变前的状况
形变后的状况
－ － － － － － 机械能
＋＋＋＋＋＋ －－－ 向
＋＋＋＋＋＋
逆压电效应
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
类别
类别 石英晶体 压电陶瓷
新型压电材料
材料 单晶体、水晶 （人造、天然）
人造多晶体
压电半导体
有机高分子 压电材料
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
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：
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
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
参数
压电常数 弹性常数（刚度）
压电效应强弱：灵敏度 固有频率、动态特性
介电常数 机电耦合系数
固有电容、频率下限 机电转换效率
电阻 居里点
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
PZT 元件
PZT 元件
环氧胶
U 型刚体
环氧胶
HSA 压电微制动器
HSA PZT 压电陶瓷应用介绍
PZT 不良背景介绍
The End
Page 11
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
U 型刚体
交变电压 电荷变化
PZT 元件
位移变化
精确寻轨
HSA
HSA PZT 工作原理
HSA PZT 结构示意图
U 型刚体
悬臂弹性区 压电微制动器 滑块
音圈电机
悬臂刚性区
HSA 系统架构
HSA PZT 结构切片示意图
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
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
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
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
机械应力 F 压电传感器
电极
+++++ 等效
____ _
＋＋＋＋ Q ――――
形变时电极会 产生异性等量 电荷
压电晶体
静电发生器
电极
Q Ca
电容器
Ca Ua
U
a
Q Ca
电压等效模型
F 压电常数 d Q=U*C
Q Ca
QUaCa
电荷等效模型
HSA PZT 压电陶瓷应用介绍
HSA （磁头悬臂装置）结构及功能介绍