壓電陶瓷簡介課件

自然界中的壓電材料——石英自然界中的壓電材料——石英1壓電陶瓷壓電陶瓷2高分子壓電材料（壓電薄膜）高分子壓電材料（壓電薄膜）3壓電陶瓷歷史1880年法國的P.Curie和J.Curie兄弟在研究熱電性與晶體對(duì)稱性的關(guān)系時(shí)發(fā)現(xiàn)了正壓電效應(yīng)這一物理現(xiàn)象，他們所報(bào)導(dǎo)的這些晶體中就有后來廣為研究的羅息鹽(NaKC4H4O6.4H2O—酒石酸鉀鈉)。1881年李普曼(G.Lippman)根據(jù)能量守恒和電荷量守恒的原理，推測(cè)逆壓電效應(yīng)(Conversepiezoelectriceffect)的存在，這一預(yù)言很快就被居里兄弟用實(shí)驗(yàn)所證實(shí)。后來發(fā)現(xiàn)了磷酸二氫鉀、硫酸鋰單水化合物和BaTiO3等重要壓電晶體。壓電陶瓷歷史1880年法國的P.Curie和J.Curi41916年朗之萬(Langevin)用壓電石英晶體作成水下發(fā)射和接收換能器，這是最早的壓電換能器，并用于探測(cè)水下的物體。1918年卡迪（Cady）研究了羅息鹽晶體在機(jī)械諧振頻率特有的電性能，導(dǎo)致羅息鹽電聲組件問世。1921年相繼研制成功石英諧振器和濾波器，開創(chuàng)了壓電效應(yīng)在穩(wěn)頻、計(jì)時(shí)和電子技術(shù)方面的應(yīng)用。壓電陶瓷歷史1916年朗之萬(Langevin)用壓電石英晶體作成水下51947年

采用BaTiO3壓電陶瓷制成了拾音器，這對(duì)壓電材料的應(yīng)用具有重大意義，極大地刺激了壓電陶瓷材料的研究與應(yīng)用開發(fā)。

1969年

發(fā)現(xiàn)聚偏氟乙烯薄膜制程的駐極體具有優(yōu)良的壓電性后，聚合物駐極體的研究和應(yīng)用迅速發(fā)展起來。

壓電陶瓷歷史1947年

采用BaTiO3壓電陶瓷制成了拾音器，這對(duì)壓電6常見的壓電陶瓷材料1、鈦酸鋇（BaTiO3）壓電陶瓷具有較高的壓電系數(shù)和介電常數(shù)，機(jī)械強(qiáng)度不如石英。2、鋯鈦酸鉛Pb（Zr·Ti）O3系壓電陶瓷（PZT）壓電系數(shù)較高，各項(xiàng)機(jī)電參數(shù)隨溫度、時(shí)間等外界條件的變化小，在鋯鈦酸鉛的基方中添加一兩種微量元素，可以獲得不同性能的PZT材料。3、鈮鎂酸鉛Pb(MgNb)O3-PbTiO3-PbZrO3壓電陶瓷（PMN）具有較高的壓電系數(shù)，在壓力大至700kg/cm2仍能繼續(xù)工作，可作為高溫下的力傳感器。常見的壓電陶瓷材料1、鈦酸鋇（BaTiO3）壓電陶瓷具有較高7壓電原理石英的晶體結(jié)構(gòu)(b)(a)++---YXXY硅氧離子的排列示意圖(a)硅氧離子在Z平面上的投影（b）等效為正六邊形排列的投影+壓電原理石英的晶體結(jié)構(gòu)(b)(a)++---YXXY硅氧離子8石英的壓電機(jī)制石英的壓電機(jī)制9壓電陶瓷的極化直流電場E剩余極化強(qiáng)度剩余伸長電場作用下的伸長(a)極化處理前(b)極化處理中(c)極化處理后

壓電陶瓷的極化直流電場E剩余極化強(qiáng)度剩余伸長電場作用下的伸長10極化后的壓電陶瓷－－－－－

－－－－－

＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋自由電荷束縛電荷電極電極極化方向陶瓷片內(nèi)束縛電荷與電極上吸附的自由電荷示意圖極化后的壓電陶瓷－－－－－－－－－－＋11壓電效應(yīng)壓電效應(yīng)逆壓電效應(yīng)壓電效應(yīng)壓電效應(yīng)逆壓電效應(yīng)12壓電陶瓷等效模擬電路并聯(lián)模擬電路串聯(lián)模擬電路壓電陶瓷等效模擬電路并聯(lián)模擬電路13壓電應(yīng)變常數(shù)d33:

表示在壓電晶體上施加單位電壓時(shí)所產(chǎn)生的應(yīng)變大小。

壓電電壓常數(shù)g33：表示作用在壓電晶體上單位應(yīng)力所產(chǎn)生的電壓梯度大小。

壓電材料的主要性能參數(shù)壓電應(yīng)變常數(shù)d33:壓電材料的主要性能參數(shù)14壓電材料的主要性能參數(shù)介電常數(shù)ε:

機(jī)電耦合系數(shù)K:

表示壓電材料機(jī)械能(聲能)與電能之間的轉(zhuǎn)換效率。機(jī)械品質(zhì)因子Qm:

壓電晶片在諧振時(shí)貯存的機(jī)械能E貯與在一個(gè)周期內(nèi)損耗的能量E損之比稱為機(jī)械品質(zhì)因子Qm。壓電材料的主要性能參數(shù)介電常數(shù)ε:15頻率常數(shù)Nt:

壓電晶片的厚度與固有頻率的乘積是一個(gè)常數(shù)，這個(gè)常數(shù)叫做頻率常數(shù)。居里溫度Tc：使壓電材料的壓電效應(yīng)消失的溫度。壓電材料的主要性能參數(shù)頻率常數(shù)Nt:壓電材料的主要性能參數(shù)16壓電材料的主要特性轉(zhuǎn)換性能：要求具有較大的壓電常數(shù)。機(jī)械性能：機(jī)械強(qiáng)度高、剛度大。電性能：高電阻率和大介電常數(shù)。環(huán)境適應(yīng)性：溫度和濕度穩(wěn)定性要好，要求具有較高的居里點(diǎn)，獲得較寬的工作溫度范圍。時(shí)間穩(wěn)定性：要求壓電性能不隨時(shí)間變化。壓電材料的主要特性轉(zhuǎn)換性能：要求具有較大的壓電常數(shù)。17壓電材料應(yīng)用壓電陶瓷按照應(yīng)用分類共分為七大類：壓電振蕩器及材料壓電聲電組件：蜂鳴器、送話器、受話器、壓電喇叭壓電超音波換能器：超音波清洗、超音波霧化、超音波美容、超音波探測(cè)信息處理組件：濾波器、諧振器、檢波器、監(jiān)頻器、表面聲波、延遲線動(dòng)力裝置：點(diǎn)火器、超音波切割、超音波粘接、壓電馬達(dá)、壓電變壓器壓電傳感器：速度、加速度計(jì)、角速度計(jì)、微位移器光電組件：光調(diào)節(jié)器、光調(diào)節(jié)閥、光電顯示、光信息儲(chǔ)存、影象儲(chǔ)存和顯示目前市場容量最大的組件是頻率組件，主要包括濾波器和諧振器。壓電材料應(yīng)用壓電陶瓷按照應(yīng)用分類共分為七大類：18奧迪威公司壓電蜂鳴片奧迪威公司壓電蜂鳴片19電聲元件電聲元件20開放式超聲波傳感器開放式超聲波傳感器21超聲波霧化片超聲波霧化片22奧迪威其它壓電產(chǎn)品奧迪威其它壓電產(chǎn)品23超聲波馬達(dá)超聲波馬達(dá)24C-171微型旋轉(zhuǎn)陶瓷電機(jī)C-171微型旋轉(zhuǎn)陶瓷電機(jī)2