压电陶瓷材料

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压电陶瓷的压电常数

压电陶瓷的压电常数

压电陶瓷的压电常数
压电陶瓷是一种特殊的陶瓷材料,具有压电效应。

压电效应是指在施加机械应力或电场时,产生相应的电荷或电压,反过来,当给予该材料电压或电场时,也会引发相应的机械行为。

压电陶瓷之所以能够产生压电效应,主要归功于它的晶体结构和特定的化学成分。

压电常数是用来衡量压电陶瓷材料压电特性的物理量。

压电常数分为两个方向:d系数和g系数。

d系数也称为压电应变常数,用字母d表示。

它表示单位电压下单位厚度的变化量。

d系数是量化了压电陶瓷在电场刺激下的应变能力,是一个重要的性能指标。

在应用中,d系数通常是通过压电陶瓷试件的厚度测量得到的。

g系数也称为压电电压常数,用字母g表示。

它表示单位力的作用下单位面积的电荷量。

g系数是压电材料在受到力的作用下,产生的电荷量与力的关系。

g系数的测量是通过施加力并测量所产生的电势差来获得的。

压电常数的大小直接影响着压电陶瓷的性能。

通常来说,较大的压电常数意味着更高的应变或电荷输出,因此,选择具有较大压电常数的压电陶瓷材料可以提高设备的灵敏度和效率。

此外,压电常数还与温度有关。

一些压电陶瓷具有温度补偿特性,即在一定温度范围内,其压电常数保持稳定,不会因温度的变化而发生明显的变化。

这种温度补偿特性使得压电陶瓷在不同环境条件下的应用更加可靠和稳定。

总之,压电陶瓷的压电常数是衡量其压电性能的重要物理量。

通过研究和了解压电常数,可以选择适合特定应用需求的压电陶瓷材料,并优化相关设备的设计和性能,提高产品的质量和效率。

压电陶瓷材料的性质研究与应用

压电陶瓷材料的性质研究与应用

压电陶瓷材料的性质研究与应用压电陶瓷材料是指在外加电场作用下能够发生形变,而在外加形变作用下又能够产生电荷分布的一种特殊材料。

它是一种具有卓越性能的功能材料,具有压电、电磁、光学、声学、磁学等多种特性,被广泛应用于传感、仪器、通讯、医疗、能源、军事等领域。

一、压电陶瓷材料的性质压电效应是指当施加压力时,材料会产生电荷分布是由于材料在压力下对晶格间距进行拉伸或压缩,从而导致材料在电性上产生变化。

与之相反,当施加电场时,材料也会发生形变。

压电陶瓷材料是一种非常优秀的压电材料,具有稳定的机械性能、良好的化学稳定性、高压电系数、极高的Q值、较大的耐热和耐湿性能。

目前,常用的压电陶瓷材料主要有PZT(铅锆钛)、PMN-PT(铅镁铌酸钛)、PNZT(铅钇锆钛)等。

二、压电陶瓷材料的应用压电陶瓷材料是一种功能材料,广泛应用于传感、控制、振动、谐振、储能等领域。

以下是几个典型的应用案例。

(1)传感器压电传感器是压电材料广泛应用的领域之一。

利用压电陶瓷材料的压电效应,将压电陶瓷材料作为敏感元件,制成各种传感器。

例如,对于水下传感器,采用压电陶瓷材料的压电效应,可以使传感器具有压力传感、压力传递、声波传输等功能。

同时,还可以使水下传感器具有扩张性、延伸性、防震性等优良性能。

(2)谐振器谐振器是利用谐振现象的设备,可以用于精确测量、频率控制、稳定器等领域。

压电陶瓷材料的高压电系数、低损耗、温度稳定性较好的性能,使它成为制备谐振器的优良材料。

例如,对于陶瓷振荡器,采用压电陶瓷材料可以制作出更为灵敏、更为精准的振荡器。

(3)控制器压电陶瓷材料可以通过改变外加电场的大小和方向,实现精密的机械控制。

而且由于压电效应是一种瞬态响应,因此压电陶瓷材料的机械响应很快,可以快速并精确地实现机械控制。

例如,对于固体流量控制器,采用压电陶瓷材料可以实现流量快速自动调节。

三、未来展望随着信息技术的快速发展,传感、通讯、能源等领域对功能材料的需求日益增加,压电陶瓷材料的应用前景非常广阔。

压电陶瓷分类及应用

压电陶瓷分类及应用

压电陶瓷分类及应用
压电陶瓷是一种具有压电效应的陶瓷材料。

压电效应是指在外加机械应力或电场作用下,压电陶瓷会发生尺寸变化或极化现象,从而产生电荷分布。

根据压电陶瓷材料的组成和性质,可以将其分为几种不同的分类。

一、根据压电性能可将压电陶瓷分为高压电效应陶瓷和低压电效应陶瓷。

高压电效应陶瓷具有较高的压电系数和较大的震荡频率,适用于高频和高精度的应用,如声子滤波器、超声波发生器、压电换能器等。

低压电效应陶瓷的压电系数较低,主要用于压电传感器、压电陶瓷振动器、电子器件的稳定和控制等应用。

二、根据晶体结构的不同,压电陶瓷可以分为三类:酸性压电陶瓷、硼酸盐压电陶瓷和锆钛酸钾压电陶瓷。

酸性压电陶瓷是指以三方晶系的负电性轴为基础,具有良好的机械和电性能。

硼酸盐压电陶瓷主要以硼酸盐基质为主,具有较高的压电系数和介电常数。

锆钛酸钾压电陶瓷是一类常用的压电陶瓷材料,具有较高的压电系数和压电耦合因子,在声波传感器和应用中得到广泛应用。

三、根据应用领域的不同,压电陶瓷可以分为多种类型。

在声学领域,压电陶瓷广泛应用于扬声器、电麦克风、声波发生器、声子滤波器等装置中。

在控制领域,压电陶瓷用于压电陶瓷驱动器、压电陶瓷换向器、压电陶瓷伺服控制系统等。

在传感领域,压电陶瓷被应用于压力传感器、加速度传感器、应力传感器等。

在医疗领域,压电陶瓷用于超声波显像设备、超声刀、超声治疗仪等医疗器械中。

压电陶瓷材料以其优越的压电性能和物理特性,在电子、声学、控制等领域中具有广泛的应用前景。

随着科学技术的发展,压电陶瓷材料的研究和应用将更加深入和广泛。

pzt-8 大功率压电陶瓷 特点

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。

压电陶瓷测试方法国标

压电陶瓷测试方法国标

压电陶瓷测试方法国标压电陶瓷是一种可以产生电荷和电势差的材料,具有压电效应。

为了保证压电陶瓷产品质量的准确性和可靠性,需要进行一系列测试。

以下是压电陶瓷测试的国际标准方法。

1.电感测量法电感测量法用于测量压电陶瓷元件的电感值。

测试时,将元件连接到测试电路中,以确保电感的准确测量。

在测试过程中,应注意保持环境恒温,并校准测试仪器。

2.动态机械特性测试动态机械特性测试用于评估压电陶瓷材料的机械性能。

测试方法包括材料的疲劳寿命测试、应变-力测试、失效测试等。

通过这些测试,可以评估材料的稳定性和可靠性。

3.压电常数测试压电常数是一个重要的参数,用于描述压电陶瓷材料的压电效应。

测试方法包括绝对压电常数和相对压电常数的测量。

测试时需要使用压电测试仪器,并进行准确校准。

4.电压系数测试电压系数是衡量压电陶瓷材料在电压变化下的应变变化的参数。

测试方法包括压电陶瓷材料在不同电压下的应变测量。

测试时,需要使用电压测试仪器,并进行准确校准。

5.热稳定性测试热稳定性测试用于评估压电陶瓷材料在高温环境下的性能。

测试方法包括高温膨胀系数的测量、热导率测试等。

通过这些测试,可以评估材料在不同温度范围内的性能稳定性。

6.密度测量密度测量是评估压电陶瓷材料质量的重要指标。

测试方法包括大小排列法、水排除法、放射射线法等。

测试时,需要选择适当的方法,并使用准确的仪器进行测量。

7.表面形貌测试表面形貌测试用于评估压电陶瓷材料的表面质量和形态。

测试方法包括光学显微镜、扫描电子显微镜等。

通过这些测试,可以评估材料的表面光滑度和微观结构。

以上是压电陶瓷测试的国际标准方法。

这些测试方法可以帮助生产厂家确保产品质量的可靠性和一致性,以满足市场需求和客户需求。

滤波器 压电陶瓷材料-概述说明以及解释

滤波器 压电陶瓷材料-概述说明以及解释

滤波器压电陶瓷材料-概述说明以及解释1.引言1.1 概述滤波器和压电陶瓷材料是现代电子领域中非常重要的组件和材料。

滤波器作为一种电路元件,主要用于在信号处理中去除特定频率范围内的干扰或噪声,从而使信号更加清晰和稳定。

而压电陶瓷材料则是一种特殊的晶体材料,具有压电效应,能够将机械能转换为电能或者反过来。

本文将重点探讨滤波器中压电陶瓷材料的应用,分析压电陶瓷材料的特性以及其在滤波器中的作用,旨在深入了解这两者在电子领域中的重要性和互补关系。

通过对这些内容的分析和讨论,可以帮助读者更好地理解滤波器和压电陶瓷材料在现代电子技术中的应用和发展。

1.2 文章结构:本文主要分为引言、正文和结论三个部分。

在引言部分,将对滤波器和压电陶瓷材料进行概述,介绍文章的结构和目的。

在正文部分,将详细探讨滤波器的定义和作用以及压电陶瓷材料的特性,然后介绍在滤波器中压电陶瓷材料的应用情况。

最后,在结论部分,将总结滤波器和压电陶瓷材料的重要性,展望未来的发展方向,并结束文章。

通过这种结构的设置,读者可以全面了解滤波器和压电陶瓷材料的相关知识,并对其在工程领域的应用有更深入的理解。

1.3 目的本文旨在探讨滤波器和压电陶瓷材料在电子领域中的重要性和应用。

通过对滤波器的定义和作用,以及压电陶瓷材料的特性和在滤波器中的应用进行分析和总结,旨在帮助读者更深入地了解这两者之间的关系和相互作用。

同时,也旨在展望未来滤波器和压电陶瓷材料在电子领域的发展方向,为相关领域的研究和实践提供一定的参考和借鉴。

通过本文的阐述,希望能够引起读者对滤波器和压电陶瓷材料的兴趣,为相关领域的进一步探讨和研究打下基础。

2.正文2.1 滤波器的定义和作用滤波器是一种电子器件,用于限制或通过特定频率范围内的信号,同时阻止其他频率的信号通过。

其主要作用是对输入信号进行频率选择性处理,常用于信号处理、通信系统、无线电频率调节等领域。

在电子电路中,滤波器通常由电感、电容和电阻等元件组成,根据其频率特性可以分为低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器等不同类型。

压电陶瓷材料的主要性能及参数

压电陶瓷材料的主要性能及参数

压电陶瓷材料的主要性能及参数自由介电常数εT33(free permittivity)电介质在应变为零(或常数)时的介电常数,其单位为法拉/米。

相对介电常数εTr3(relative permittivity)介电常数εT33与真空介电常数ε0之比值,εTr3=εT33/ε0,它是一个无因次的物理量。

介质损耗(dielectric loss)电介质在电场作用下,由于电极化弛豫过程和漏导等原因在电介质内所损耗的能量。

损耗角正切tgδ(tangent of loss angle)理想电介质在正弦交变电场作用下流过的电流比电压相位超前90 0,但是在压电陶瓷试样中因有能量损耗,电流超前的相位角ψ小于900,它的余角δ(δ+ψ=900)称为损耗角,它是一个无因次的物理量,人们通常用损耗角正切tgδ来表示介质损耗的大小,它表示了电介质的有功功率(损失功率)P与无功功率Q之比。

即:电学品质因数Qe(electrical quality factor)电学品质因数的值等于试样的损耗角正切值的倒数,用Qe表示,它是一个无因次的物理量。

若用并联等效电路表示交变电场中的压电陶瓷的试样,则 Qe=1/ tgδ=ωCR机械品质因数Qm(mechanical quanlity factor)压电振子在谐振时储存的机械能与在一个周期内损耗的机械能之比称为机械品质因数。

它与振子参数的关系式为:泊松比(poissons ratio)泊松比系指固体在应力作用下的横向相对收缩与纵向相对伸长之比,是一个无因次的物理量,用δ表示:δ= - S 12 /S11串联谐振频率fs(series resonance frequency)压电振子等效电路中串联支路的谐振频率称为串联谐振频率,用f s 表示,即并联谐振频率fp(parallel resonance frequency)压电振子等效电路中并联支路的谐振频率称为并联谐振频率,用f p 表示,即f p =谐振频率fr(resonance frequency)使压电振子的电纳为零的一对频率中较低的一个频率称为谐振频率,用f r 表示。

材料测试方法举例——压电陶瓷

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。

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压电陶瓷材料湖南工学院学院:材料与化学工程专业:无机非金属材料工程学号:09701540130姓名:姜庭燕时间:2012年5月16日压电陶瓷材料—PZT陶瓷一、压电陶瓷材料简介压电陶瓷,一种能够将机械能和电能互相转换的功能陶瓷材料,属于无机非金属材料。

这是一种具有压电效应的材料。

它在工业生产和日常生活中得到了广泛的应用。

由压电陶瓷构成的超高精度、低能耗、控制简便的驱动器,在精密工程中起到了非常重要的作用。

1、压电陶瓷材料的基本原理压电效应的原理是,如果对压电材料施加压力,它便会产生电位差(称之为正压电效应),反之施加电压,则产生机械应力(称为逆压电效应)。

如果压力是一种高频震动,则产生的就是高频电流。

而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),这就是我们平常所说的超声波信号。

也就是说,压电陶瓷具有机械能与电能之间的转换和逆转换的功能,这种相互对应的关系确实非常有意思。

压电材料可以因机械变形产生电场,也可以因电场作用产生机械变形,这种固有的机-电耦合效应使得压电材料在工程中得到了广泛的应用。

例如,压电材料已被用来制作智能结构,此类结构除具有自承载能力外,还具有自诊断性、自适应性和自修复性等功能,在未来的飞行器设计中占有重要的地位。

二、PZT压电陶瓷的发展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。

当在某些各向异性的晶体材料上施加机械应力时,在晶体的某些表面上会有电荷出现。

这一效应称为正压电效应,晶体的这一性质,称为压电性。

1880年,居里兄弟最早发现电气石具有压电效应,1881年,居里兄弟实验发现,在晶体上施加电压时,则晶体会产生几何形变。

这一效应被称为逆压电效应,并给出石英相同的正逆压电常数。

1894年沃伊特(Voigt)指出,仅无对称中心的20种点群的晶体才可能具有压电效应。

石英是压电晶体的代表,它一直被广泛应用至今。

利用石英的压电效应可制成振荡器和滤波器等频控元件。

在第一次世界大战中,居罩的继承人朗之万,为了探测德国的潜水艇,用石英制成了水下超声探测器,从而揭开了压电效应应用史的光辉篇章。

自发现压电性能以来,压电学己成为晶体物理学的一个重要分支。

直到1944年,人们对“压电陶瓷”这个术语仍不理解。

大约在1940年以前,只知道有两类铁电体,一类是罗息盐与某些关系密切的酒石酸盐;一类是磷酸二氢钾和它的同晶型物。

前者是一种在高温下具有压电性的晶体,在技术上具有使用价值,但是它有容易潮解的缺点;后者要在极低的温度(低于148℃)下才具有压电性,因此工程上应用价值不大。

二次大战中,1942年到1945年期间,美国的韦纳等人、苏联的伍尔和戈德曼、日本的小川分别发现钛酸钡(BaTiO3)具有异常高的介电常数。

此后不久,有人发现BaTi03具有压电性。

BaTiO3陶瓷的发现是压电陶瓷材料的一个飞跃。

在此以前,压电材料只是压电单晶材料。

从此以后,压电材料有了两大类:压电单晶和压电陶瓷。

1947年,美国Roberts在BaTiO3陶瓷上,施加高压进行极化处理,获得了压电陶瓷的压电性,同年,美国出现了用BaTi03陶瓷制造的留声机用拾音器。

由于BaTiO3压电陶瓷材料和石英晶体、罗息盐压电单晶相比,具有制备容易,且可制成任意形状和任意极化方向的产品等优点,随后,日本积极开展利用BaTiO3压电陶瓷制作超声换能器、高频换能器、压力传感器、滤波器、谐振器等各种压电器件应用研究,这种研究一直进行到20世纪50年代中期。

虽然如此,BaTiO3陶瓷也有缺点,即它的压电性比罗息盐弱,而且压电性随温度和时间变化又比石英晶体大。

为了提高这些方面的性能,有人对BaTi03陶瓷进行了改性试验。

通过改性试验除了获得一些改良型的BaTi03陶瓷材料外,还发现了许多与BaTiO3有类似结构的AB03型铁电体或反铁电体。

这些实验结果为以后发现新压电材料打下了良好的基础。

1954年美国B.贾菲等人发现了压电PbZr03一PbTiO3(PZT)固溶体系统。

这一系统材料具有比BaTi03更为优越的性能。

在此系统中,各种材料的居里点都比BaTi03高,并存在着与温度无关的准同型相界(MPB)。

准同型相界附近的组成,其机电耦合系数、机械品质因数都比BaTi03的大,温度稳定性和时间稳定性都比BaTiO3的好。

且经过改性以后,它的压电性能还能提高。

由于PZT具有良好的压电性,使它一出现就在压电应用领域逐步取代了BaTiO3的地位。

PZT系压电陶瓷的出现对压电陶瓷来说,是一件划时代的大事,它使许多在BaTi03时代不能制作的器件成为可能,并且以后又从它派生出一系列新的压电陶瓷材料。

1965年,日本根据斯摩棱斯基法则,在PZT的基础上添加复合钙钛矿型结晶结构的第三成分——铌镁酸铅(Pb(Mg1/3Nb2/3)O3,研制成三元系压电陶瓷材料PCM。

这种三元系压电陶瓷材料比PZT陶瓷更易于烧结,而PbO挥发极少,其相界由PZT的点扩展为线,因而其可供选择的组成范围更广,具有比PZT更为优越的性能。

故自PCM 问世以后,以诸如Pb(Mgl/3Sb2/3)03、Pb(Col,3Nb2,3)03等不同复合钙钛矿型化合物为第三成分及第四成分的三元系、四元系压电陶瓷材料陆续出现122,231。

20世纪70年代中期,Newhnma等人以及他们的合作者提出了柱状PZT陶瓷周期排列的1.3型压电复合材料的理论模型,分析了其中的横向结构模,对压电陶瓷棒或压电陶瓷纤维在聚合物基体中的排布问题进行了大量的理论和实验研究工作,测试了不同陶瓷体积含量压电复合材料的电学特性,并将压电复合材料应用于水声探测器中。

1988年,清华大学柴京鹤等人对PZT压电陶瓷的低温烧结进行了研究,他们通过添加少量低熔玻璃以达到降低烧结温度的目的。

他们对陶瓷显微结构、烧结机理和添加剂的作用进行了讨论,所研制的低温烧结瓷料已用于制备独石压电陶瓷变压器,其空载交流升压比可高达9000以上【24J。

90年代中期,江苏陶瓷研究所的诸爱珍对PZT压电陶瓷的掺杂改性着重作了一些研究和探讨,通过实验总结出等价离子和不等价离子置换Pb2+引起材料性能改变的一般规律,其中不等价离子包括“硬性’’添加物和“软性’’添加物,以及其它一些添加物。

同时实验还表明,单独加入一种添加物往往不能满足性能的要求。

为了取长补短,常常用两种或两种以上添加物同时加入,以获得理想的材料性能。

作为PZT的一个基本组成成分PbTi03虽被发现甚早,但由于其烧结困难等制造工艺上原因,长期内不能实际应用。

在研究开发PZT之后,对PbTiO3进行了取代、固溶等改进型实验工作,使PbTi03陶瓷逐步趋向实用化。

以上所述均属钙钛矿型材料。

在研究开发钙钛矿型压电陶瓷材料的同时,也对非钙钛矿型压电陶瓷材料如焦绿石型、铋层状结构、钨青铜型等压电陶瓷材料如进行了探索与研究。

这些材料都有潜在的实用价值,其中有些材料已被应用。

我国对压电陶瓷材料的研究开始于五十年代末期,比国外晚了十年左右。

经过几十年的努力,我国的压电陶瓷有了很大发展。

21世纪初叶,低温压电陶瓷的改进对于压电陶瓷广泛用于电子技术领域起了巨大的推动作用。

然而,由于压电陶瓷硬度高、脆性大、难于加工。

因此结构复杂的压电陶瓷体的制造一直是一大难题。

清华大学材料系新型陶瓷与精细工艺国家重点实验室GuoDongt利用凝胶注模成型(gelcasting)制备PZT压电陶瓷,解决了压电陶瓷制备中亟待解决的问题。

同时低温烧结压电陶瓷也抑制了烧结渗银过程中银离子向陶瓷内部进行扩散。

我们知道,陶瓷属于绝缘介质,只有经过极化后的陶瓷才有压电性。

但是陶瓷不能象金属那样被直接极化,必须先被金属化。

LiQuan lut271利用低温烧结渗银法、化学沉银法,这两种方法解决了陶瓷的极化问题。

另一个降低烧结温度的方法基于超细粉体的制备。

在保证压电陶瓷材料良好的压电性能的前提下,从能源和环保方面考虑,人们把目光放在了烧结的最初阶段超细粉体的制备。

粉体越精细、均匀性越好、表面活性越高、越有利于烧结过程,从而降低烧结温度。

目前,关于粉体制备技术有:水热法、solgel、化学共沉淀法等。

惠春利用水热法合成粒径小、表面活性大的PZT结晶粉体。

实验证明,这种PZT粉体的氧化铅挥发温度为924.71℃。

而粒径间的反应温度为911.26℃,从而避免了氧化铅的挥发。

Zhao Ming leit以solgel工艺制备的粉料所制出的(Bi0.151sNa o.15)1-x BaxTiO3压电陶瓷不仅压电性能得到了较大的提高,其qb(Bi0.15Na0.15)0.94Ba0.06TiO3系陶瓷具有该系列最大的压电常数,d33=173x10-12 c/N。

与传统工艺相比,d33提高了近40%。

而且,在一定范围内,随Ba含量的增加,材料的剩余极化Pr和矫顽场Ec逐渐减小,退极化温度逐渐降低。

最近,清华大学材料科学与工程系陶瓷国家重点实验室利用放电等离子法(SPS)成功合成晶粒尺寸为纳米级的高密度(>90%)钛酸钡BaTiO3纳米晶。

放电等离子法(SPS)是一种快速烧结方法,与传统的烧结方法相比,SPS 烧结保温时间短、烧结后的致密度高、能显著抑制晶粒在烧结后期长大。

三、PZT压电陶瓷的研究现状与发展趋势压电陶瓷材料主要有BaTiO3、PbTiO3、Pb(TiZr)O3(PZT)、改性PZT和其它三元系材料如xPb(Mg1/3Nb2/3)O3--yPbTiO3--zPbrO3(x+y+z=100)及四元系等。

目前己批量生产各种系列的产品,用于制作超声振子、换能器、拾音器、压电变压器、陶瓷滤波器及蜂鸣器等。

在声表面波器件方面,陶瓷滤波器已用作黑白电视机中频图像滤波器,已研究出延迟温度系数接近于零的压电材料,如Pb0.88(La l-a Nda)0.08(Ti0.91Mn0.02In0.06)O3,选择适当a值,可使温度系数近于零;当a=0.5时,在-10~50℃范围内温度系数小于1 ppm/'C。

对陶瓷原料进行特殊处理,并采用静水压成型和通氧烧结等一系列工艺,可得到晶粒直径为O.8 mm的改性钛酸铅,其表面条件与单晶的相似,是目前表面波器件用的比较理想的陶瓷材料。

振子用压电陶瓷,频率在10 MHZ以下采用PZT,在10 MHZ以上时采用PbTiO3。

它不容易做成大型基板。

为了克服这个问题,加入La2O3mMnO3。

加La203的PbTi03系陶瓷用于制造金属探伤用的超声波发送器。

医学超声应用的压电材料希望提高其性能。

接收、发送超声波的探头的频率高、灵敏度高,除了K值大以外,还要求K的各向异性要大,音响阻抗小。

为此开发了添加Sn、Ca的PbTiO3陶瓷,如(Pb、Ca)(Sn、Ti、Mn)03等陶瓷材料。

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