壓電陶瓷材料與元件課件

1、壓電陶瓷材料與元件(壓電陶瓷材料與元件(ELECERAM TECHNOLOGY CO., LTD壓電效應(yīng) 西元1880年法國居禮兄弟於石英晶體上發(fā)現(xiàn)壓電效應(yīng)。 壓電材料分類 晶體 Quartz, Rochele salt, etc.陶瓷 BaTiO3, PZT, PMN, PT, etc.高分子PVDF複合材料陶瓷/高分子複合材料ELECERAM TECHNOLOGY CO., LTD壓電ELECERAM TECHNOLOGY CO., LTD正壓電效應(yīng)正壓電效應(yīng)施加應(yīng)力在壓電晶體上,會產(chǎn)生電荷。D = Q/A = d T-+F+-+-F+-+ELECERAM TECHNOLOGY CO.,

2、LTD正壓ELECERAM TECHNOLOGY CO., LTD逆壓電效應(yīng) 逆壓電效應(yīng)施加電壓在壓電晶體上,會 產(chǎn)生應(yīng)變。 S = d E+-+-+-ELECERAM TECHNOLOGY CO., LTD逆壓ELECERAM TECHNOLOGY CO., LTD壓電效應(yīng) 壓電方程式 d = D/T = S/E, 狀態(tài)方程式 D = d T + T E S = sE T + d EELECERAM TECHNOLOGY CO., LTD壓電ELECERAM TECHNOLOGY CO., LTD 壓電參數(shù) d33, d31 : 壓電電荷係數(shù)(壓電應(yīng)變係數(shù)) g33, g31 : 壓電電壓係

3、數(shù), Qm : 機械品質(zhì)因數(shù), 保持振動能力的指標(biāo) k33, k31, kp : 機電偶合係數(shù), 機電轉(zhuǎn)換效率指標(biāo) N33, N31, NP : 頻率常數(shù)YE31, YE33 : 楊氏係數(shù) Tc : 居禮溫度ELECERAM TECHNOLOGY CO., LTD 壓ELECERAM TECHNOLOGY CO., LTD 單位晶胞正電荷中心與負(fù)電荷中心不在相同位置,形成淨(jìng)電偶極距(polarization) 。 常見結(jié)晶構(gòu)造:鈣鈦礦結(jié)構(gòu)(perovskite), 例如 鋯鈦酸鉛(PZT),鈦酸鉛(PT),鈦酸鋇(BaTiO3)。壓電陶瓷內(nèi)部晶體排列凌亂,需加電壓處理(poling)後,使晶體

4、排列一致,在居禮溫度以下才會具有壓電性。壓電陶瓷材料ELECERAM TECHNOLOGY CO., LTD 單ELECERAM TECHNOLOGY CO., LTD鈣鈦礦結(jié)構(gòu) (Perovskite Structure)ELECERAM TECHNOLOGY CO., LTD鈣鈦ELECERAM TECHNOLOGY CO., LTD極化過程微結(jié)構(gòu)變化ELECERAM TECHNOLOGY CO., LTD極化ELECERAM TECHNOLOGY CO., LTDPZT未加電壓時PZT加上電壓時之內(nèi)部離子運動O2PbELECERAM TECHNOLOGY CO., LTDPZELECER

5、AM TECHNOLOGY CO., LTD PZT 相圖ELECERAM TECHNOLOGY CO., LTD PELECERAM TECHNOLOGY CO., LTD三元系 PZT 相圖Pb(Mg1/3Nb2/3)O,Pb(Zn1/3Nb2/3)O3,ELECERAM TECHNOLOGY CO., LTD三元ELECERAM TECHNOLOGY CO., LTDP-E 遲滯曲線 硬性壓電陶瓷ELECERAM TECHNOLOGY CO., LTDP-ELECERAM TECHNOLOGY CO., LTDP-E 遲滯曲線 軟性壓電陶瓷ELECERAM TECHNOLOGY CO.,

6、 LTDP-ELECERAM TECHNOLOGY CO., LTD 軟性與硬性壓電陶瓷比較表CharacteristicSoft CeramicHard Ceramic壓電係數(shù)largersmaller揚氏係數(shù)smallerlarger介電常數(shù)largersmaller介電損失higherlower機電偶合係數(shù)largersmaller電阻係數(shù)very highlower機械品質(zhì)因數(shù)lowhigh矯頑電場lowhigher線性度poorbetter極化 / 去極化easiermore difficultELECERAM TECHNOLOGY CO., LTD 軟ELECERAM TECHNO

7、LOGY CO., LTD 應(yīng)用限制 電壓 : 電壓方向與極性相反時, 會有去極化作用; 電壓值大於崩潰電壓, 壓電陶瓷會破損。 功率 : 功率愈高壓電陶瓷會發(fā)熱, 造成去極化或破損。 溫度 : 溫度愈高, 壓電性逐漸減弱, 高於居禮溫度時, 永久喪失壓電性。 應(yīng)力 : 應(yīng)力方向與極化方向相反時, 會有去極化作用; 外力超過機械強度,會破損。ELECERAM TECHNOLOGY CO., LTD 應(yīng)ELECERAM TECHNOLOGY CO., LTD積層式壓電陶瓷元件製作流程圖 ELECERAM TECHNOLOGY CO., LTD積層ELECERAM TECHNOLOGY CO.,

8、LTD應(yīng)用例 產(chǎn)生器- ignitor for fuel lighter, gas stoves, battery for portable device, 感測器- force sensor, accelerometer, pressure sensor, knock sensor, shock sensor, crash sensor, 致動器- micropositioning for lens or mirror, hydraulic valve, ink jet printer, ultrasonic motor, electronic switch, 換能器- ultrasonic

9、 cleaner, welder, atomizer, buzzer, air transducer, delay line, 變壓器ELECERAM TECHNOLOGY CO., LTD應(yīng)用ELECERAM TECHNOLOGY CO., LTD已商業(yè)化之積層壓電元件 壓電變壓器-升壓壓電平面喇叭(DMA)-手機致動器-微形馬達(dá),手機,數(shù)位相機ELECERAM TECHNOLOGY CO., LTD已商ELECERAM TECHNOLOGY CO., LTD壓電變壓器結(jié)構(gòu)ELECERAM TECHNOLOGY CO., LTD壓電ELECERAM TECHNOLOGY CO., LTD壓電

10、變壓器應(yīng)力及位移分佈ELECERAM TECHNOLOGY CO., LTD壓電ELECERAM TECHNOLOGY CO., LTD壓電變壓器原理ELECERAM TECHNOLOGY CO., LTD壓電ELECERAM TECHNOLOGY CO., LTD壓電變壓器昇壓比ELECERAM TECHNOLOGY CO., LTD壓電ELECERAM TECHNOLOGY CO., LTD壓電變壓器負(fù)載效應(yīng)ELECERAM TECHNOLOGY CO., LTD壓電ELECERAM TECHNOLOGY CO., LTD積層壓電變壓器ELECERAM TECHNOLOGY CO., LT

11、D積層ELECERAM TECHNOLOGY CO., LTD壓電變壓器與磁性變壓器比較ELECERAM TECHNOLOGY CO., LTD壓電ELECERAM TECHNOLOGY CO., LTD壓電變壓器與磁性變壓器比較ELECERAM TECHNOLOGY CO., LTD壓電ELECERAM TECHNOLOGY CO., LTD單層壓電變壓器應(yīng)用實例單層式壓電變壓器：用於臭氧產(chǎn)生器、 負(fù)離子產(chǎn)生器、 靜電消除裝置、電子口罩等等高壓產(chǎn)生單元模組ELECERAM TECHNOLOGY CO., LTD單層ELECERAM TECHNOLOGY CO., LTD 積層壓電變壓器應(yīng)用實

12、例積層式壓電變壓器：用於筆記型電腦液晶顯示器、桌上型電腦液晶顯示器、個人數(shù)位助理(PDA)、數(shù)位相機(DSC)、數(shù)位攝影機(DSC)之冷陰極管電源模組等。ELECERAM TECHNOLOGY CO., LTD 積ELECERAM TECHNOLOGY CO., LTD經(jīng)由雙簧式壓電致動器出力使基板產(chǎn)生振動從而構(gòu)成一揚聲機制：用於行動電話、個人數(shù)位助理(PDA) 、筆記型電腦等之發(fā)聲模組壓電式平面喇叭Distributed Mode Actuator (DMA)ELECERAM TECHNOLOGY CO., LTD經(jīng)由ELECERAM TECHNOLOGY CO., LTD提升電容值及作用電

13、場降低驅(qū)動電壓提升音壓積層壓電平面喇叭ELECERAM TECHNOLOGY CO., LTD提升ELECERAM TECHNOLOGY CO., LTD3D of DMA G1ELECERAM TECHNOLOGY CO., LTD3DELECERAM TECHNOLOGY CO., LTDDMA G-2ELECERAM TECHNOLOGY CO., LTDDM 較佳音質(zhì)電腦之動圈式喇叭尺寸. 40 x 20 x 15mm deep (12cm). 相同頻率響應(yīng)及音壓之壓電平面喇叭尺寸 42 x 10 x 2.5mm (1.05cm).12 Times SmallerELECERAM TE

14、CHNOLOGY CO., LTD壓電平面喇叭體積效應(yīng) 較佳音質(zhì)電腦之動圈式喇叭尺寸. 40 x 20 x 15mDMA is 5 times lighterMICROSPEAKER 15gmsDMA 3gmsELECERAM TECHNOLOGY CO., LTD重量效應(yīng)DMA is 5 times lighterMICROSP筆記型電腦無須出音孔易於薄型化手機無須出音孔較大螢?zāi)幻姘逋该骼纫嘴侗⌒突疿brokensmoothELECERAM TECHNOLOGY CO., LTD產(chǎn)品造形設(shè)計筆記型電腦XbrokensmoothELECERAM TECConeMicro-speakerDMA

15、 SpeakerActual measured results mainstream notebook PC. Two DMAs attached to rear lid.ELECERAM TECHNOLOGY CO., LTDFrequency Response DMA vs MICROSPEAKERConeDMA SpeakerActual measuredELECERAM TECHNOLOGY CO., LTD 壓電式平面喇叭與傳統(tǒng)線圈式喇叭特性比較表ELECERAM TECHNOLOGY CO., LTD 壓ELECERAM TECHNOLOGY CO., LTDDMA應(yīng)用實例N506

16、iV501TELECERAM TECHNOLOGY CO., LTDDMELECERAM TECHNOLOGY CO., LTD致動器型態(tài)Longitudinal WaferTransverse WaferStack ActuatorBimorph (extension)Bimorph (bending)*致動器亦稱為馬達(dá)ELECERAM TECHNOLOGY CO., LTD致動ELECERAM TECHNOLOGY CO., LTD雙簧片形致動器(Bimorph actuator)並聯(lián)型串聯(lián)型並聯(lián)型(偏壓)ELECERAM TECHNOLOGY CO., LTD雙簧ELECERAM TEC

17、HNOLOGY CO., LTD致動器工作曲線ELECERAM TECHNOLOGY CO., LTD致動ELECERAM TECHNOLOGY CO., LTDELECERAM TECHNOLOGY CO., LTDELECERAM TECHNOLOGY CO., LTD致動器應(yīng)用於相機鏡頭模組ELECERAM TECHNOLOGY CO., LTD致動ELECERAM TECHNOLOGY CO., LTD致動器螺旋式ELECERAM TECHNOLOGY CO., LTD致動ELECERAM TECHNOLOGY CO., LTD產(chǎn)生器(Generator)ELECERAM TECHNOLOGY CO., LTD產(chǎn)生ELECERAM TECHNOLOGY CO., LTD產(chǎn)生器工作曲線ELECERAM TECHNOLOGY CO., LTD產(chǎn)生ELECERAM TECHNOLOGY CO., LTDELECERAM TECHNOLOGY CO., LTDELECERAM TECHNOLOGY CO., LTD 振盪子產(chǎn)品應(yīng)用實例本公司生產(chǎn)