压电陶瓷的物理性能与压电方程
压电陶瓷材料
压电陶瓷材料压电陶瓷材料摘要：本文包括压电陶瓷压电陶瓷的产生发展，机理，生产及其应用，从各方面阐述了压电陶瓷材料的种种物理性能，以及压电陶瓷为我们生活带来的便利，对科技发展带来的种种贡献。
前言：压电陶瓷是一种能够将机械能和电能互相转换的信息功能陶瓷材料-压电效应 ,压电陶瓷除具有压电性外 ,还具有介电性、弹性等, 已被广泛应用于医学成像、声传感器、声换能器、超声马达等。
随着现代电子信息技术的飞速发展 ,对于性能优异的压电陶瓷材料的开发和探索已成为各国研究的热点问题。
本文专注介绍了压电陶瓷的产生发展，机理，生产及其应用，从各方面阐述了压电陶瓷材料。
压电陶瓷发展史：1880年，居里兄弟首先发现电气石的压电效应，从此开始了压电学的历史。
1881年，居里兄弟实验验证了逆压电效应，给出石英相同的正逆压电常数。
1894年，Voigt指出，仅无对称中心的二十种点群的晶体才有可能具有压电效应，石英是压电晶体的一种代表，它被取得应用。
第一次世界大战，居里的继承人郎之万，最先利用石英的压电效应，制成了水下超声探测器，用于探测潜水艇，从而揭开了压电应用史篇章。
第二次世界大战中发现了BaTiO3陶瓷，压电材料及其应用取得划时代的进展。
1946年美国麻省理工学院绝缘研究室发现，在钛酸钡铁电陶瓷上施加直流高压电场，使其自发极化沿电场方向择优取向，除去电场后仍能保持一定的剩余极化，使它具有压电效应，从此诞生了压电陶瓷。
压电陶瓷概念：压电材料分为压电晶体和压电陶瓷。
压电晶体一般指压电单晶体，是指按晶体空间点阵长程有序生长而成的晶体。
这种晶体结构无对称中心，因此具有压电性。
如水晶（石英晶体）、镓酸锂、锗酸锂、锗酸钛以及铁晶体管铌酸锂、钽酸锂等。
压电陶瓷则泛指压电多晶体。
压电陶瓷是指用必要成份的原料进行混合、成型、高温烧结，由粉粒之间的固相反应和烧结过程而获得的微细晶粒无规则集合而成的多晶体。
具有压电性的陶瓷称压电陶瓷，实际上也是铁电陶瓷。
材料物理-性能测试实验之压电陶瓷的压电性能测量
实验一 压电陶瓷的压电性能测量一、实验目的1. 了解压电陶瓷元件的电性能参数2. 掌握压电应变常数d 33的测试原理和测试技术3. 掌握谐振法测定压电振子的频率响应曲线及压电耦合系数的测试原理的方法 二．实验原理压电陶瓷元件在极化后的初始阶段，压电性能要发生一些较明显的变化，随着极化后时间的增长，性能越来越稳定，变化量也越来越小，所以，试样应存放一定时间后再进行电性能的测试。
一般最好存放10天。
按压电方程，其压电材料的d 33常数定义为：T E E S T D d )()(333333== 此处，D 3及E 3分别为电位移和电场强度；T 3及S 3分别为应力和应变。
对于仪器的具体情况，上式可简化为：FCVF Q A F A Q d ==÷=)()(33，这时，A 为试样的受力面积；C 为与试样并联的比试样大很多（如大100倍）的大电容，以满足测量d 33常数时的恒定电场边界条件。
在仪器测量头内，一个约0.25N,频率为110Hz 的低频交变力，通过上下探头加到比较样品与被测试样上，由正压电效应产生的两个电信号经过放大、检波、相除等必要的处理后，最后把代表试样的d 33常数的大小及极性送三位半数字面板表上直接显示。
准静态法比通常的静态法精确。
静态法由于压电非线性及热释电效应，测量误差可达30%~50%。
三．仪器设备ZJ-3准静态d33测量仪（的测量头结构外观见下图。
四、实验步骤1.一般操作（1） 选档：试样电容值小于0.01μF 对应×1档，小于0.001μF 对应×0.1档。
（2） 用两根多芯电缆把测量头和仪器本体连接好。
（3） 把附件盒内的塑料片插于测量头的上下两探头之间，调节测量头顶端的手轮，使塑料片刚好压住为止。
（4） 把仪器后面板上的“d 33-力”选择开关置于“d 33”一侧。
（5） 使仪器后面板上的d 33量程选择开关，按照被测样品的d 33估计值，处于适当位置。
压电陶瓷
在电场E3和应力X1作用下，压电陶瓷片产生电位移
当E3 0，X1 ＝ 0, 产生的介电电位移：
D 3(1) = X33 E3 当E3 ＝ 0，X1 0, 产生的压电电位移： D 3(2) = d31 X1 当E3 0，X1 0, 产生的总电位移：
D3 ＝ D 3(1) ＋ D 3(2) = X33 E3 ＋ d31 X1
热力学关系（守恒定律）赋予物理性质本身的固有对称性对宏观 物理性质的影响－－要求描述晶体宏观物理性质的二阶以上张量 都是对称张量，如
介电常数张量元 ij = ji 应变 xij = xji
压电常数 dijk = dikj
压电陶瓷的介电常数
对各向同性介质， ij 为标量
对各向异性介质， ij 为二阶张量
X Di ij E j d i X E x d j E j s X
x Di ij E j ei x E X e j E j c x
第二类压电方程组
Ei ijX D j g i X
第三类压电方程组
D x g j D j s X
压电方程组
D3 ＝ X33 E3 ＋ d31 X1 x1 ＝ s11E X1＋ d31 E3
压电方程组
对于一般情况：
Di = ijX Ej + di µX µ
x = dj Ej + s µEX µ
可简写为： D= d X + X E x = sE X + d E
第一类压电方程组
类型 第一类边界条件 机械自由 机械夹持 机械自由 机械夹持 名称 电学短路 电学短路 电学开路 电学开路 特点 dX=0 d x=0 dX=0 dx=0 dx0 dE=0 dX 0 dE=0 dx 0 dD=0 dX 0 dD=0
压电陶瓷性能参数解析
压电陶瓷性能参数解析压电陶瓷的性能参数解析表示.上角标s表示机械夹持条件.由于在机械自由条件下存在由形变而产生的附加电场. 而在机械受夹条件下则没有这种效应，因而在两种条件下测得的介电常数数值是不同的。
T T 根据上面所述，沿3方向极化的压电陶鞭具有四个介电常数，EP e 11 , e … ,£ 11 »£ 11 O<2）介质损耗介质损耗是包括压电陶瓷在内的任何介质材料所具有的重要品质指标之一.在交变电场下，介质所积番的电荷有两部分：一种为有功部分（同相），由电导过程所引起的；一种为无功部分（异相），是由介质弛豫过程所引起的•介质损耗的异相分址与同相分址的比值如图所示，Ic为同相分量，IR为异相分绘，"与总电流I的夹角为6 ,其正切值为(1-4)1WCRIR V因1-1交流电賂中电流电压矢呈因（有损耗吋）对于一般的固体，应力T 只引起成比例的应变S,用弹性模量联系起来，即T=YS ；乐电陶瓷具有压电性.即施加应力时能产生额外的电荷。
其所产生的电荷与施加的应力成 比例，对于压力和张力来说，其符号是相反的，用介质电位移D （单位面积的电荷）籾应力 T （单位面积所受的力）表示如下：D=Q/A=dT式中，d 的单位为库仑/牛顿（C/N ）这正是正压电效应。
还有一个逆压电效应，既施加电场E 时成比例地产生应变S, 其所产生的Q D厂D 广D 广DQ Dv 1], V 12, v ]3， V 33， V 44。
广 E pE Q E pEV 12 f U 13， V 33， U 4-1机械品质因数机械品质因数也是衡量压电陶瓷的一个重要参数。
它表示在振 动转换时材料内部能量消耗的程度。
机械品质因数越大，能量的损耗越 小。
产生损耗的原因在于内摩擦。
机械品质因数可以根据等效电路计算 而得：----- —— OsCiRi(l-io)式中，R1为等效电阻，3S 为串联谐振角频率，C1为振子谐振时的等效电容，其 值为Wp 2- W s ZCl=— ------------ (Co+Cl)3 p 2（1-11）其中，3p 为振子的并联谐振角频率.Co 为振子的静电容。
压电陶瓷2
压电陶瓷基本特性：1.位移特性KS EEQL r2 2εεε+=∆式中，Q r为极化后的剩余电荷，ε为压电介质的介电常数，E为压电陶瓷内部电场强度，S为压电陶瓷的横截面积，K为压电陶瓷碟片的弹性模量，ε0 为真空的介电常数式中的ε不是常量，而是和所加电压和加压史有关，因而压电陶瓷位移和电场强度（电压）的关系存在迟滞特性。
下图为这一陶瓷在正负电压下的位移-电压特性曲线：2.出力位移特性在空载的情况下压电陶瓷的输出位移为最大输出位移，在最大输出力的作用下，压电陶瓷的输出位移将为零，压电陶瓷的输出力和位移的关系曲线如下图：3.温度特性①压电陶瓷随着温度的变化而伸长。
②压电/电致伸缩陶瓷的输出位移随着温度的增加而减少，压电陶瓷的减少幅度较小，电致伸缩陶瓷减少幅度较大。
4.迟滞特性压电陶瓷的迟滞一般在14%左右，目前提出的减少迟滞的方法主要有：①采用电荷控制方法；②采用压电陶瓷两端串联小电容的方法；③运用模型；④采用电阻和电容组成桥路；⑤压电陶瓷元件位移闭环压电陶瓷作动器是高精度定位中的关键部件，它能满足纳米级定位精度，具有体积小、刚度高、响应快等优点。
然而它的相应位移和驱动电压之间存在着非对称迟滞特性，同时自身的蠕变和环境温度的变化也会造成其定位精度的漂移。
而且压电陶瓷作动器的非对称迟滞特性对控制精度的影响十分显著。
为减少和消除该不利影响，目前主要有两种解决途径：①电荷控制：它需要特别设计的电荷驱动放大器，但该放大器价格昂贵，且存在漂移和过饱和等问题，因而极大的限制了其应用；②电压控制：需要建立非线性迟滞的数学模型，并通过逆模型前馈补偿来控制精度。
电压控制逐渐成为压电陶瓷作动器精密控制的首选方案，其关键是非线性迟滞的精确建模。
对于迟滞特性建模存在两个困难：1)非局部存储现象．2)上升曲线和下降曲线是不对称曲线迟滞模型的研究主要分为两个方向：一种是基于机理的物理模型，从基本物理原理出发描述物理特性；如Maxwell模型，Jiles-Atherton模型，Duherm模型。
压电陶瓷的物理性能
压电性能：
压电常数是表征压电体的弹性效应和电极化效应相互耦合关系的宏观物理量。
压电常数越大,表明材料弹性性能与介电性能之间的耦合越强。
（耦合是指两个或两个以上的电路元件或电网络等的输入与输出之间存在
紧密配合与相互影响，并通过相互作用从一侧向另一侧传输能量的现象。
即耦合是两者相互作用的现象。
）
分为压电应变常数d ij和压电电压常数g ij。
D33:（纵向压电应变常数）d33是针对正压电效应来说的，而g33是针对逆压电效应来说的
纵向压电应变常数对d33是压电材料在纵向应力作用下,在纵向产生电荷强弱的描述。
压电复合材料样品的d33采用准静态法测量lzl,测量原理依据正压电效应。
特种陶瓷压电陶瓷的性能与结构
结课论文开题报告2014 年4月 13日特种陶瓷的力学性能与压电陶瓷的结构原理和性能参数引言： 随着新技术革命的，功能陶瓷愈来愈受到世界各国的重视，品种日益增多，应用也愈来愈普遍。
几乎在工业、宇航、军工等所有的领域都可以找到特种题 目: 特种陶瓷的力学性能与压电陶瓷的结构原理和性能参数学 院： 化学工程学院专业班级： 材料化学112班学生姓名： 顾鹏 学 号： 2011121272 指导教师：陶瓷的应用。
应该指出，许多陶瓷都具有十分优异的综合性能。
摘要：特种陶瓷是发展高新技术的物质基础，也是改造传统产业的必备条件，因此材料科学被列为对世纪六大高科技领域之一。
特种陶瓷是新材料的一个组成部分，由于它具有其他材料所没有的各种优良性能，耐高温、高强度、重量轻、耐磨、耐腐蚀、优异的电、磁、声、光等物理特点，它在国民中的能源、电子、航空航天、机械、汽车、冶金和生物等各方面都有广阔的应用前景，成为各工业技术特别是尖端技术中不可缺少的关键材料，在国防现代化建设中，武器装备的发展也离不开特种陶瓷材料。
除此之外，在当今世界各国把环境保护作为重要的问题来考虑时，以环境保护、生活优化为背景的环境净化功能陶瓷的研究与开发也必然对改善人类生存环境，实施可持续发展战略起到积极的推动作用。
Abstract: special ceramics is the material basis for the development of high technology, is the transformation of traditional industries essential condition, so the materials science is listed as the six major high-tech fields. Special ceramics is a part of the new material, because it has excellent resistance to various other materials do not have, high temperature resistance, high strength, light weight, corrosion resistance, wear resistance, excellent electrical, magnetic, acoustic, optical and other physical characteristics, it is in the national energy, electronics, aerospace, machinery, automobile, metallurgy and biological aspects have broad application prospects, has become the industry technology is the key technology in the essential material, in the modernization of national defense construction, the development of weapons and equipment also cannot do without special ceramic materials. In addition, the environmental protection as an important consideration in the world, with environmental protection, life optimization as the background of the environmental research and development of functional ceramics are bound to improve human living environment, implementing the strategy of sustainable development plays a positive role in promoting.关键词：特种陶瓷、压电陶瓷、性能1特种陶瓷定义特种陶瓷又称精细陶瓷，按其应用功能分类，大体可分为高强度、耐高温和复合结构陶瓷及电工电子功能陶瓷两大 ... 在陶瓷坯料中加入特别配方的无机材料，经过1360度左右高温烧结成型，从而获得稳定可靠的防静电性能，成为一种新型特种陶瓷，通常具有一种或多种功能。
压电陶瓷分析
（2）机械品质因素(mechanical quality factor) 它表示在振动转换时，材料内部能量消耗的程度。机械 品质因素越大，能量的损耗越小。
（3）压电性、压电常数与压电方程 压电陶瓷具有压电性，即施加应力时能产生额外的电荷，
其所产生的电荷与施加的应力成比例。 压电陶瓷的压电常数有压电应变常数、压电电压常数、
1940年以前，只有单晶体压电材料，由于存在多种 缺点（如易溶于水），未能得到广泛应用。
关系的物理量。 它服从胡克定律：“在弹性限度范围内，应力与应
变成正比。”设应力为T，加于截面积为A的压电陶 瓷上（单位：N/m2），其所产生的应变为S（无量 纲），则根据胡克定律，应力与应变之间有如下关 系：
S=sT T=cS 式中s为弹性顺度常数，单位为m2 / N ；c为弹性劲 度常数，单位为N/m2。
9
（2）预烧 经过煅烧粉碎的原料混合配料后要进行预烧，其目的
是为了使化学反应充分进行。
实验表明，如果预烧温度恰当，烧结温度可以在很宽 的范围内波动，对致密度无显著影响，预烧温度如果 偏低，烧成温度无论如何提高（或延长保温时间）， 也不能得到很高的致密度。此外，预烧温度和保温时 间比较起来，预烧温度所起作用更为重要。
预烧过程一般需经过四个阶段：线性膨胀（室温 ~400℃ ）、固相反应（400~750℃ ）、收缩 （750~850℃ ）和晶粒生长（800~900℃ 以上）。
10
（3）成型和排塑 ❖ 简单形状的制品通过模压法成型，不均匀截面的条形
制品可以通过挤压法成型，薄板用流延法和轧膜法成 型，大的圆环和更复杂的形状用注浆法成型。 ❖ 成型之前需加入粘合剂（常用的粘合剂的配制质量比 为：聚乙烯醇15%，甘油7%，酒精3%，蒸馏水75%； 在90℃下搅拌溶化）。 ❖ 成型后生坯中的粘合剂、水分等加温排去，称为排塑 或排胶。通常排塑温度800~850℃，保温时间1小时左 右。
- 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)。
极化强度Pr，若在z轴方向输入一个电压 Δ V，3 内部即产生 一个电场 ，Δ E使3 极化强度改变了 ，Δ则P 3
P333E3
第三节 压电陶瓷的介电性能
如果在引出线之间输入的是 正弦交变电压 V 3，那么由此而 产生的电场强度、极化强度 都是正弦交变量，分别以表 示 E，3、它P3们之间的关系为
E E E 1 3 2 0 0 11
0
11
0
0 0 3 3 D D D 1 3 2
{D}[]{E}
{E}[]{D} [][]1
1 1011 3 3033 倒介电系数
第三节 压电陶瓷的介电性能
四、复介电系数
压电陶瓷相当于一个电容器。
电容量为 C 33 S
晶体的结构特点是晶胞周期性重复排列，为描述晶胞的几何特征， 通常用晶胞的三个边长a,b,c和三边的夹角α,β,γ 来描述晶胞的大小和 形状，称为晶胞常数。
a ＝ b＝c α=β=γ=90° 立方晶胞，构成的晶体称为立方晶系 a≠b ≠ c α=β=γ=90° 四角晶胞，构成的晶体称为四角晶系 a ＝ b＝c α,β,γ ≠ 90° 菱方晶胞，构成的晶体称为三角晶系
二、内力与应力
1．内力—— 物体受到外力的作用变形时，
内部产生的引力或斥力。
在物体内部，组成的微粒(分子或原子)之间存在 相互作用力，力的性质和大小与微粒之间的距离有关。
T = 0， L = L0， d = d0 内部平衡； T ＞0，L＞L0(伸长)，d＞d0，内力表现为引力；
不呈电性； • t＜Tc，晶格变为四角晶胞，晶胞中正负离子的对称中心不
再重合，产生电矩。
电偶极子：一对带有相同电量q，相距l的正负电荷。
电矩：电量q与矢径 l 的乘积。
pql
l
2．自发极化
在居里温度Tc以下，晶胞发生自发形变的同时，又自发产 生电矩，电矩的方向是沿着边长增大的方向，就是自发极化。
• 高静压力对材料性能的影响
第一节 结束
第二节 压电陶瓷的内部结构
晶态固体（晶体）：食盐、云母、金刚石 非晶态固体：玻璃、松香、塑料
○ 晶体具有对称的外形，非晶体则没有；
○ 一些物理性质各向异性，如：杨氏模量、硬度、折射率、电阻率、磁化 率，非晶体则是各向同性的； ○ 晶体具有熔点，非晶体没有； ○ 晶体在外力的作用下，容易沿着一定的平面裂开，这平面称为解理面， 而非晶体没有解理面。 ○ 组成晶体的分子、原子或离子有规则的周期性地排列，称为晶体点阵结 构，非晶体的微粒没有排列规则；
P3 33E3
若将电极去掉，在垂直于X轴(y轴)方向的两个表面上重
新敷设电极，加上交变电压，由此产生的电场强度、极化强
度为 E1、或P1 E，2、则P2有
P 1 1 E 1 1 P 2 1 E 2 1 11 22
第三节 压电陶瓷的介电性能
因此，极化后压电陶瓷（各向异性）的极化系数矩阵表示为
在压电陶瓷的晶格结构中，晶胞的大小形状与温度相关 •t＞Tc(居里温度)，立方晶胞 •t＜Tc，c边增大，a,b边缩小，四角晶胞(菱方晶胞) 由于这种变化是温度变化时，晶胞自发产生的，因此称 自发形变。
由于压电陶瓷具有钙钛矿结构ABO3 • t＞Tc(居里温度)，立方晶胞中正负离子的对称中心重合，
单晶体：组成整块晶体的微粒都按一定的规则排列，如天然生 长的方解石，人工培养的单晶硅、红宝石。 多晶体： 有些晶体的晶粒内的微粒是规则排列，但晶粒的大 小和形状不同，取向也是凌乱的，因此无明显的规则外形，也 不表现出各向异性，成为多晶体。
一、晶体的内部结构
常用压电陶瓷是多晶体，有多个小晶粒组成。根据实验分析，晶 粒内部原子或离子有空间的周期性排列的特点。整个晶粒就像小格子 在三维空间中重复出现形成的。这种小格子称为晶胞。每个晶粒内的 粒子子都是规则排列，但各晶粒间排列方向不一致，因此从整体的角 度看是杂乱无章的。
• 1947-1949，发现了钛酸钡的压电性，并解决极化问题； • 1950年，确定了锆钛酸铅（PZT）的铁电性质； • 1954年，发现了PZT有非常强和稳定的压电性，PZT的发
现使压电陶瓷得到了迅速推广和广泛应用。
二、压电陶瓷的分类
1．钛酸钡 BaTiO3
• 优点：机电耦合系数高、化学性质稳定 • 缺点：居里点低115°，机电性能常温下不稳定，
D0EP
定义：介电系数是电位移 D与电场强度 E的比值
对于各向同性材料 D (0 )E E
介电系数
0
在真空中，电场作用不产生极化强度，所以 D0E
真空中介电系数 08.8 5 1 1 0库 2 伏 仑 米
压电陶瓷在外加电场后，将会被极化，变为各向异性体。
第三节 压电陶瓷的介电性能
三、剩余极化状态下的极化系数和介电系数
第三节 压电陶瓷的介电性能
一、极化过程
压电陶瓷是电介质，置于电场中将会被极化，产生 一定的极化强度，极化强度的大小随电场的增大而增大。 这一过程称为极化过程。
第三节 压电陶瓷的介电性能
剩余极化状态
将压电陶瓷置于电场中，它的极 化强度将随电场强度的增大而增大。 在到达C点处达到饱和。若逐渐减小 电场强度，极化强度将沿着另一条曲 线逐渐减小。当电场降为0时，极化
的矩阵表达式。
第四节 压电陶瓷的弹性性能
一、形变与应变
1．形变—物体受到外力作用，大小和形状发生改变 ⑴ 形式
⑵ 性质
弹性形变——去掉外力后，形变消失 塑性形变——去掉外力后，残余形变
⑶ 弹性极限
外力未超过弹性极限，弹性形变 外力超过弹性极限，塑性形变
2．应变
⑴ 线应变——物体变形时，单位长度的变化量
反映了介质损耗的大小，所以称 为损
耗角，称 t为an损 耗角正切
如果压电陶瓷沿3方向极化，银层敷设在1方向或2方向，
此时电容为
C
11
S d
为反映它的介质损耗，亦可用复数介电系数
1111j11
习题
• 极化过程 • 画出电滞回线，标出剩余极化强度和矫顽电场。 • 说明介质损耗的原因，写出复介电系数的表达式。 • 写出3方向极化的压电陶瓷的极化系数和介电系数
形变 平均线应变
线应变
正应变
u
S平均
u x
u u Slim
x0 x x
切应变
⑵ 角应变——物体变形时，一个直角的角度变化量
y
C Δu C'
x Δy
A
Δx
D' D
B' Δv B
ABx CCu tg B A B v
x
ACy BBv tg C A C u
y
在弹性形变时，角度变化很小，因此有
d
S — 电极面积 d — 两电极间距离
介质损耗
• 交变电场使压电陶瓷被反复极化，部分 电能被转变为热能而损耗掉；
• 漏电流； • 材料不均匀；
第三节 压电陶瓷的介电性能
复数介电系数
3333j33
压电陶瓷的电导纳
Y jC j(3 d 3 j3 ) S 3 3 d S 3 j 3 d S 3 G jC
S z rS r z u r z u z r； S r S r 1 r u r u r u r
球坐标
Srr u rr； S1 r u u rr
Srs1in u 1urco turr
SrSr 1 r u r ur ur
Sr Sr ururrs1in u r
SSrs1in u 1 r( u uc o)t
测试
极化
上电极
烧成
排塑
四、压电陶瓷的性能
• 老化：压电陶瓷在经过极化、上电极是暂时加热到高温或
其他较大的扰动后，其参数将随时间变化称为老化。
• 居里点：压电陶瓷的性能随温度变化，温度超过某一温度 时，压电性能会完全消失。
• 电退极化：在压电陶瓷上加与原极化电场反向的强电场， 将引起退极化。
• 抗张强度：抗张强度« 抗压强度
压电陶瓷的物理性能 与压电方程
主要内容
第一节 压电陶瓷简介 第二节 压电陶瓷的内部结构 第三节 压电陶瓷的介电性能 第四节 压电陶瓷的弹性性能 第五节 压电性能和压电方程
第一节 压电陶瓷简介
一、压电陶瓷的产生与发展
• 1945年前后，苏联、英美日等国各自独立地发现了钛酸 钡压电陶瓷的高介电常数和铁电性；
S y zS z y u z y u y z ； S z xS x z u x z u z x ； S x y S y x u y x u x y
柱坐标
Z (r, , z)
Srr u rr； S1 r u u rr
z y
r x
Szz u zz； SzSz u z1 r uz
强电场下介电损耗大，老化率较大
2．锆钛酸铅（PZT） Pb(ZrxTi1-x)O3
• 压电性能优异；居里点高 300-400°，温度稳定性好； • 机械强度大；化学惰性；制作方便； • 可改变化学组分，添加杂质，适合各种需求
锆钛酸铅压电陶瓷分类：
◎ PZT4(发射型)：低机械损耗和介电损耗，大的交流退极化场、 介电常数、机电耦合系数、压电常数，适合强电场、大振幅 激励，用作发射。
强度保留在某一个值 P，r 称为剩余极
化强度。
继续加反向电场，直到该电场加到 E c，极化强度才变为0。
这个电场称为矫顽电场。循环一周，就可以得到一个封闭的曲 线，称为电滞回线。具有这种功能的材料被称为铁电材料。
第三节 压电陶瓷的介电性能
二、极化系数和介电系数
1．极化系数
极化强度P与电场强度E之间的比值，称为极化系数。 它是一个表征材料介电性能的物理量。
• 四角晶胞：电矩方向是c轴方向； • 菱方晶胞：电矩方向是菱方体的对角线方向。