-new-06第六讲-压电陶瓷的应用
压电陶瓷ppt课件
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造传感器和换能器。
工作模式二
压电陶瓷可以在交变电场下工作， 产生交变的机械振动，用于制造超 声波设备和振动器。
工作模式三
压电陶瓷可以在高电压、大电流下 工作，产生强烈的机械振动或变形 ，用于制造大型驱动器和执行器。
03
压电陶瓷的制造工艺
配料与混合
配料
按照配方称取适量的原料，如钛 酸钡、二氧化锆、氧化镁等。
04
压电陶瓷的性能参数
电学性能
介电常数
衡量压电陶瓷在电场作用下极化 程度的物理量。介电常数越大， 极化程度越高，压电效应越明显
。
绝缘电阻
反映压电陶瓷内部绝缘性能的参 数。高绝缘电阻表明陶瓷内部缺
陷少，性能稳定。
电致伸缩系数
衡量压电陶瓷在电场作用下产生 的机械应变能力的物理量。电致 伸缩系数越大，机械应变能力越
压电陶瓷的特性
高压电性能
压电陶瓷具有较高的压电常数和机电耦合系 数，能够将微小的机械形变转换为较大的电 能或机械能。
温度稳定性
压电陶瓷具有较好的温度稳定性，可以在较 宽的温度范围内保持稳定的性能。
可靠性高
压电陶瓷具有较高的机械强度和稳定性，不 易疲劳压电陶瓷的振动和换能特性，可以将太阳能转换为电能，提高太阳能利用率 。
压电陶瓷在风能发电中的应用
压电陶瓷可以作为风能发电机的传感器和换能器，实现风能的高效利用。
压电陶瓷在其他领域的应用探索
压电陶瓷在医疗领域的应用
压电陶瓷在医学领域具有广泛的应用前景，如超声成像、药物传递等。
压电陶瓷在环保领域的应用
利用压电陶瓷的振动特性，制造出声 波发生器、超声波探头等声学器件。
第六章 压电陶瓷
随着电子工业的发展，对压电材料与器件的要求就越来 越高了，二元系PZT已经满足不了使用要求，于是研究和 开发性能更加优越的三元、四元甚至五元压电材料。
第六章 压电陶瓷
二、压电效应 压电效应产生的根源是晶体中离子电荷的位移，当 不存在应变时电荷在晶格位置上分布是对称的，所 以其内部电场为零。 但当给晶体施加应力则电荷发生位移，如果电荷 分布不在保持对称就会出现净极化，并将伴随产生 一个电场，这个电场就表现为压电效应。
压电陶瓷在振动时，为了克服内摩擦需要消耗能量。机械品质因
数Qm是反映能量消耗大小的一个参数。Qm越大，能量消耗越小。 机械品质因数Qm的定义式是：
谐振时振子储存的机械 能
Qm 2 每一谐振周期振子所消 耗的机械能
Qm
2fr R(C0
f
2 a
C1
)(
f
2 a
fr2 )
其中：
fr为压电振子的谐振频率 fa为压电振子的反谐振频率 R为谐振频率时的最小阻抗Zmin（谐振电阻） C0为压电振子的静电容 C1为压电振子的谐振电容
第六章 压电陶瓷
d (pC/N) 33Fra bibliotek360
340
320
300
280
260
240
220
200
180
160
0.44
0.46
0.48
0.50
0.52
0.54
Composition(x)
第六章 压电陶瓷
Q m
k p
1600
kp
0.60
Qm
1500
压电陶瓷压电基本原理、应用及制作工艺
压电陶瓷的压电原理
•压电效应的再理解
瓷片内束缚电荷与电极上吸附自由电荷示意图
压电陶瓷的压电原理
•压电效应的再理解
正压电效应示意图
瓷片压缩，极化 强度变小，释放部分 吸附自由电荷，出现 放电现象。F撤除， 瓷片回复原状，极化 强度变大，吸附一些 自由电荷，出现充电 现象。这种由机械能 转变为电能的现象， 称为正压电效应。
X-Y运动台（直线USM） X-Y运动台（旋转USM） 行波型杆式USM 模态转换型USM 方板型直线USM 用于二元机翼模型试验
便携式汽油发动机
云台控制系统
移动机器人
关节机器手
核磁共振注射器
南京航空航天大学研制的部分超声马达及其应用
压电陶瓷的用途
•压电陶瓷驱动器
压电陶瓷的用途
•压电陶瓷驱动器
压电陶瓷的用途
压电陶瓷的压电原理
•压电现象与压电效应
节点支承 边缘支承 中心支承
压电蜂 鸣器
压电陶瓷因加电压而产生形变的效应，称 为逆压电效应。
压电陶瓷的压电原理
•压电陶瓷内部结构(压电陶瓷是多晶体)
压电陶瓷 由小晶粒无规 则镶嵌成，如 图所示。
BSPT压电陶瓷断面SEM照片
压电陶瓷的压电原理
•压电陶瓷内部结构(压电陶瓷是多晶体)
压电陶瓷的制作工艺
•配料（原料的选择和处理）
3)原料在配方中的比例
在PZT配方中，比例大的原料Pb3O4、 ZrO2、TiO2分别占重量比的60%、20%和 10%左右，若杂质多，引入杂质总量也多。 因此，要求杂质总含量均不超过2%，即要 求纯度均在98%以上。
压电陶瓷——信息时代的新型材料
压电陶瓷——信息时代的新型材料压电陶瓷是功能陶瓷中应用极广的一种。
日常生活中很多人使用的“电子打火机”和煤气灶上的电子点火器，就是压电陶瓷的一种应用。
点火器就是利用压电陶瓷的压电特性，向其上施加力，使之产生十几kV的高电压，从而产生火花放电，达到点火的目的。
压电陶瓷实际上是一种经过极化处理的、具有压电效应的铁电陶瓷。
它是在1946年当有人证实了钛酸钡陶瓷有铁电性之后开始问世的：差不多十年之后，贾菲（Jaffe）等又发现了PbTi03-PbZrO2系（即所谓PZT系）及后来又发现的mPZT为基的三元系压电陶瓷和铌酸盐系压电陶瓷。
使压电陶瓷的性能和可应用性有了极大的提高。
特别是三元系压电陶瓷的出现，使压电陶瓷在选择一定耦合系数、温度特性方面有了较大的余地，能满足多种电子仪器的要求，从而使压电陶瓷的应用范围大大增加了。
例如陶瓷滤波器和陶瓷鉴频器，电声换能器，水声换能器，声表的波器件，电光器件，红外探测器件和压电陀螺等，都是压电陶瓷在现代电子技术中的应用。
什么是压电陶瓷呢？其实它是一能够将机械能和电能互相转换的功能陶瓷材料。
所谓压电效应是指某些介质在受到机械压力时，哪怕这种压力微小得像声波振动那样小，都会产生压缩或伸长等形状变化，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。
1880年法国人居里兄弟发现了“压电效应”。
1942年，第一个压电陶瓷材料——钛酸钡先后在美国、前苏联和日本制成。
1947年，钛酸钡拾音器——第一个压电陶瓷器件诞生了。
50年代初，又一种性能大大优于钛酸钡的压电陶瓷材料--锆钛酸铅研制成功。
从此，压电陶瓷的发展进入了新的阶段。
60年代到70年代，压电陶瓷不断改进，逐趋完美。
如用多种元素改进的锆钛酸铅二元系压电陶瓷，以锆钛酸铅为基础的三元系、四元系压电陶瓷也都应运而生。
这些材料性能优异，制造简单，成本低廉，应用广泛。
利用压电陶瓷将外力转换成电能的特性，可以制造出压电点火器、移动X光电源、炮弹引爆装置。
压电陶瓷发展前景及应用
压电陶瓷的概念及发展应用摘要：压电陶瓷作为重要的功能材料在电子材料领域占据相当大的比重。
近几年来，压电陶瓷在全球每年销售量按15%左右的速度增长，据资料统计，2000年全球压电陶瓷产品销售额约达30亿美元以上。
本文主要介绍压电陶瓷的概念和应用范畴、应用实例、前景，带领大家了解陶瓷家族中的一员----压电陶瓷。
关键词：陶瓷压电陶瓷压电效应应用范畴应用实例一、基本概念压电陶瓷是指把氧化物混合(氧化锫、氧化铅、氧化钛等)高温烧结、和电能互相转换的功能陶瓷材料，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。
压电效应是指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。
这种奇妙的效应已经被科学家应用在与人们生活密切相关的许多领域，以实现能量转换、传感、驱动、频率控制等功能。
二、压电陶瓷的应用范畴利用压电陶瓷将外力转换成电能的特性，可以制造出压电点火器、移动X光电源、炮弹引爆装置。
用两个直径3毫米、高5毫米的压电陶瓷柱取代普通的火石，可以制成一种可连续打火几万次的气体电子打火机。
用压电陶瓷把电能转换成超声振动，可以用来探寻水下鱼群的位置和形状，对金属进行无损探伤，以及超声清洗、超声医疗，还可以做成各种超声切割器、焊接装置及烙铁，对塑料甚至金属进行加工。
压电陶瓷对外力的敏感使它甚至可以感应到十几米外飞虫拍打翅膀对空气的扰动，并将极其微弱的机械振动转换成电信号。
利用压电陶瓷的这一特性，可应用于声纳系统、气象探测、遥测环境保护、家用电器等方面。
1、在军事上，在潜入深海的潜艇上，都装有人称水下侦察兵的声纳系统。
它是水下导航、通讯、侦察敌舰、清扫敌布水雷的不可缺少的设备，也是开发海洋资源的有力工具，它可以探测鱼群、勘查海底地形地貌等。
在这种声纳系统中，有一双明亮的"眼睛"--压电陶瓷水声换能器。
当水声换能器发射出的声信号碰到一个目标后就会产生反射信号，这个反射信号被另一个接收型水声换能器所接收，于是，就发现了目标。
压电陶瓷
01
压电陶瓷的原 理及应用
压电陶瓷的 性能参数
03
02
04
压电陶瓷的制 作工艺
压电陶瓷的 研究现状
压电陶瓷的原理及应用
）
压电陶瓷是一种将机械能与电能相互转换的功能陶瓷
压电陶瓷点火器 深大材料学院
压电陶瓷加湿器
压电陶瓷的原理及应用
）
压电陶瓷因受力形变而产生电的效应，称为正压电效应。 压电陶瓷因加电压而产生形变的效应，称为逆压电效应。
深大材料学院
压电陶瓷的制作工艺
干压成型是将经过造粒的瓷料装入一定形状的钢模内， 借助于模塞，在一定外力下压制成坯体。
）
加压方式
干压成型一般分单向加压和双向加压两种方式。较薄 制品可采用单向加压方式；厚制品宜采用双向加压，以 使坯体内密度较均匀。
深大材料学院
压电陶瓷的制作工艺 排塑
粘合剂是一种还原性强的物质，压电瓷料干压成型主要 使用聚乙烯醇（PVA）、聚乙二醇（PGE）。在成型以后需要 升温将其排出，以避免影响烧结质量，这一工序称为排塑。 为了防止还原作用，排塑时要保证较好的通风条件。
深大材料学院
压电陶瓷的制作工艺
）
2) 材料类型
① 接收型压电陶瓷材料 已引入了降低电导率和老化率的高价施主杂质，原料中 在0.5%以内的杂质不足以显著影响施主杂质的既定作用。 ② 发射型压电陶瓷材料 要求低机电损耗，因而配料中的杂质总量，愈少愈好， 一般希望在0.05%以下。对于为了提高其它性能参数的有意 添加物，另当别论。
深大材料学院
压电陶瓷的原理及应用
）
这种电极化不是由外电场产生，而是由晶体自身 产生的，所以成为自发极化，其相变温度TC称为 居里温度。
压电陶瓷换能器典型应用介绍
压电陶瓷换能器典型应用介绍压电陶瓷换能器作为一种新型敏感元件，近年来开始广泛应用。
本文介绍换能器的几种典型应用。
1.压电开关：压电陶瓷换能器用在各种特殊条件下做压电开关，控制各种升降机、专用精密控制仪表。
用1.5N的触发后产生下电压脉冲，通过一个特殊线路能激励陶瓷换能器和CMOS 电路产生机电转换。
2.油墨印刷喷头：换能器可用于在无噪声的高速电信打印头，独立控制13根VIRIT瓷管，利用内径的收缩把油墨从约为20μm直径的喷口中射出。
3.压电微位移器：利用换能器的快速动作反向，用于行程高0.1mm，作用力达2MN(200Kp)的阀门，开放时间为10Μs。
4.视频触发器：用于VCR设备中重调视频头位置的弯曲振动的压电陶瓷换能器，有1μm/v 以上的高灵敏度。
5. 压电回转仪：它是利用与振动面(X轴)，保持垂直的Y轴一面贴上压电元件，可用于检出Z轴旋转方向的科里奥尔力，这种压电振动回转仪被应用于防止摄像机的手振，已取得实用。
6.日本电气工程公司利用压电陶瓷变压器作成了AC-DC变换器，该变换器的主要性能为：输入电压为80-140Vac，负载电流0-2A，可稳定输出直流电压为9V，最高效率达87%。
根据输入端子间反射噪声测试结果，噪声极小，可充分满足VCC1级B组的允许极限值。
7.压电陶瓷继电器：压电陶瓷贴合元件的位移振幅大，利用这一点，可以进行接点的开闭。
在小型继电器范围内，在需要用大约为电磁式继电器所能控制的电功率的 1/100为驱动功率来进行控制的情况下，由于压电陶瓷继电器只有直流损耗，因而能够使正常状态下必须的电功率大为降低。
8. 超声波清洗机：现在各种工业、医疗、家用设备中广泛用到超声波清洗机。
超声波清洗机是在洗液中产生超声波振动，把被洗物浸在这种洗液中即被洗净，清洗的机制作用在于超声波振动产生的空化作用和促进物理化学反应的作用。
所采用的频率根据清洗物的大小和目的可选用10-500千赫，一般多为20-50千赫。
压电陶瓷原理性能及应用
2Copyright 、压电引爆器 notice
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压电陶瓷在现代功能 陶瓷中占有非常重要的地位, 具有广泛的用途。 随着材料及工艺的不 断研究和改良,压电陶瓷的技 术应用愈日新月异的发展,压 电陶瓷材料的制作技术和应 用开发,将越来越受到人们的 关注和重视。
专业认知实 践
Page 3
总述：
压电陶瓷是一种具有压电性能的多晶体,是信息功能陶瓷的重 要组成部分。其具有机电耦合系数高、价格便宜、易于批量生 产等优点,已被广泛应用于社会生产的各个领域,尤其是在超声 领域及电子科学技术领域中,压电陶瓷材料已逐渐处于绝对的 优势支配地位,如医学及工业超声检测、水声探测、压电换能 器、超声马达、显示器件、电控多色滤波器等。
压电陶瓷应用研究进展
引言压电陶瓷是一种能够将机械能和电能互相转换的功能陶瓷材料 ,它具有压电效应。
所谓压电效应是指由应力诱导出极化 (或电场 ) ,或由电场诱导出应力 (或应变 )的现象 ,前者为正压电效应 ,后者为负压电效应 ,两者统称为压电效应。
目前为止 ,压电陶瓷的这种压电效应已被应用到与人们生活密切相关的许多领域 ,遍及工业、军事、医疗卫生、日常生活等。
可见压电陶瓷应用的研究意义非常重大。
随着新工艺和新材料的出现 ,压电陶瓷应用日新月异 ,本文描述了一些压电陶瓷新应用成果。
2压电陶瓷的广泛应用压电陶瓷的应用十分广泛。
大体说来 ,可分为频率控制、换能传感和光电器件等方面。
2 1压电陶瓷频率控制器件压电频率控制器件有滤波器、谐振器和延迟线等 ,这类器件使用于道倍机、微机、彩电延迟电路等中。
压电陶瓷片 (压电振子 )在外加交变电压作用下 ,会产生一定频率的机械振动。
在一般情况下这种振动的振幅很小 ,但是当所加电压的频率与压电振子的固有机械振动频率相同时会引起共振 ,振幅大大增加。
这时 ,交变电场通过逆压电效应产生应变 ,而应变又通过正压电效应产生电流 ,电能和机.免费能源--压电陶瓷的新用途。
压电陶瓷4000千瓦压电能量回收系统在以色列的高速公路（一公里能发出的电力是400千瓦电能。
)压电陶瓷是我们常见的“免费能源”比如，你身上的打火机。
你家煤气炉子的打火器。
还有压电陶瓷扬声器。
但是有没有人想过：用她来建一座发电厂呢？以色人就想到这点。
并且…建成‟--以汽车驶过。
路基受压。
的压电陶瓷公路。
这种压力是不必付款的免费能源。
只要初期投资。
以后将不必要任何"能源"的再投入。
而且永远免费。
路面下埋藏着…压电陶瓷的高速公路。
1立交桥更是非常棒的发电厂。
原则产生电已经应用于设备被放置在其振动沥青路面。
转换成电力,以色列的工程师希望收获的能量从过往车辆。
他们的精力充沛的数字是看点。
发包人哈伊姆阿布拉莫维奇从理工(以色列海法的理工学院)说该系统能生产400千瓦从1公里长的伸展,在一条四车道的公路系统。
压电陶瓷ppt课件
其它几种重要的压电陶瓷包括
PbTiO3- PbZrO3；
Pb(Mg1/3Nb2/3)O3- PbTiO3- PbZrO3 ；
Pb(Co1/3Nb2/3)O3- PbTiO3- PbZrO3 ；
Na0.5K0.5NbO3 ；Pb0.6Ba0.4Nb2O6 ；
BNT(B0.5Na0.5TO3)、KNN(K0.5Na0.5NbO3）等。
还具有热电性；铁电体也是一种极性晶体，属于热电体，因 而也是压电体。
2
3. 压电陶瓷
陶瓷—多晶体—各晶粒之间的压电效应会相互 抵消；
人工极化：经直流强电场极化处理过的铁电陶 瓷，使晶粒中的所有电畴都尽可能地转向了电 场的方向，铁电晶体所固有的压电效应就会在 陶瓷材料上呈现出来。因此，压电陶瓷实际上 也就是经过直流强电场极化处理过的铁电、压 电陶瓷。
3
表征参数
机电偶合系数K
or：
K
2
由压电效应转换的电能 储入的机械能总量
K
2
由逆压电效应转换的机械能 储入的电能总量
K值越大，材料的压电耦合效应越强。 除此之外，还有压电系数d、机械品质因素Q、
弹性系数S和频率常数N等。
4
主晶相结构
钙钛矿型、钨青铜型、焦绿石型、含钛层状结构。
目前应用最广泛的是BaTiO3、PbTiO3、 PbZrO3等, 都属钙钛矿型晶胞结构。
§9.5 压电陶瓷
压电陶瓷（piezoelectric ceramics） ——具有压电效应的陶瓷材料，
即能进行机械能与电能相互转变的 陶瓷； 制备方便，成本低廉，发展迅速， 一类重要的功能陶瓷材料； 目前，压电陶瓷在工程方面的应用， 甚至超过了压电晶体。
1
一、压电效应及陶瓷压电机制