压电陶瓷参术
压电陶瓷性能参数解析
压电陶瓷性能参数解析 Document number：NOCG-YUNOO-BUYTT-UU986-1986UT在机械自由条件下，测得的介电常数称为自由介电常数，在εT表示，上角标T表示机械自由条件。
在机械夹持条件下，测得的介电常数称为夹持介电常数，以εS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。
根据上面所述，沿3方向极化的压电陶瓷具有四个介电常数，即ε11T，ε33T，ε11S，ε11S。
（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，介质所积蓄的电荷有两部分：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。
介质损耗的异相分量与同相分量的比值如图1-1所示，Ic为同相分量，IR为异相分量，Ic与总电流I的夹角为δ，其正切值为(1-4)式中，ω为交变电场的角频率，R为损耗电阻，C为介质电容。
由式（1-4）可以看出，I R大时，tanδ也大；I R小时tanδ也小。
通常用tanδ来表示的介质损耗，称为介质损耗正切值或损耗因子，或者就叫做介质损耗。
处于静电场中的介质损耗来源于介质中的电导过程。
处于交变电场中的介质损耗，来源于电导过程和极化驰豫所引起的介质损耗。
此外，具有铁电性的压电陶瓷的介质损耗，还与畴壁的运动过程有关，但情况比较复杂，因此，在此不予详述。
（3）弹性常数压电陶瓷是一种弹性体，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A的压电陶瓷片上，其所产生的应变为S，则根据胡克定律，应力T与应变S之间有如下关系S=sT(1-5)T=cS(1-6)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。
但是，任何材料都是三维的，即当施加应力于长度方向时，不仅在长度方向产生应变，宽度与厚度方向上也产生应变。
压电陶瓷性能参数解析
压电陶瓷性能参数解析压电陶瓷是一种能够将电能转化为机械动能的材料。
它具有压电效应，即当施加电场时，会在陶瓷晶体中产生机械变形；反之，当施加机械应力时，会在陶瓷晶体中产生电荷积累。
这种特性使得压电陶瓷在传感器、声学器件、电子器件等领域得到广泛应用。
本文将介绍一些常见的压电陶瓷性能参数。
1.压电系数：压电系数是衡量压电材料性能的重要参数，用于描述材料在施加外部压力或电场时的响应情况。
它可分为压电应变系数d和压电电场系数g。
压电应变系数d用于描述压电陶瓷在施加电场时的形变情况，通常以毫米/伏作为单位。
压电电场系数g用于描述压电陶瓷在施加应力时产生的电荷量，通常以库伦/牛作为单位。
2.介电常数：介电常数是衡量材料在电场作用下电荷积累能力的参数。
压电陶瓷的介电常数通常以两个维度进行描述，分别为介电常数的相对静电介电常数（εr）和相对介电常数（εr）。
3.矫顽场和剩余极化：矫顽场是指施加电场或机械应力后，压电陶瓷尚未发生压电效应的最大电场或应力值。
剩余极化是指当外场消除时，材料中保留的极化强度。
这两个参数都能够反映压电陶瓷的稳定性和可逆性。
4.力常数和耦合系数：力常数是描述压电陶瓷的力-位移耦合效应的参数，标志着材料在施加电场时的机械响应程度。
耦合系数是力常数的相对值，是一种无量纲参数，常用于比较不同材料之间的压电性能。
5.介质损耗和压电品质因数：介质损耗是指压电陶瓷在工作频率下由于材料自身的损耗所导致的能量损失。
压电品质因数是衡量压电陶瓷在工作频率下损耗程度的参数，取决于介质损耗和介电常数等因素。
6.工作温度范围：工作温度范围是指压电陶瓷在正常工作条件下可以承受的温度范围。
这是一个重要的参数，因为一些压电材料在高温或低温环境中性能会发生变化。
以上是一些常见的压电陶瓷性能参数。
不同的应用场景对这些参数的需求也有所不同，因此在选用压电陶瓷材料时，需要根据具体的应用需求对这些性能参数进行综合考虑。
压电陶瓷的性能参数对材料的性能和应用特性有着重要的影响，因此对于压电材料的研究和理解是非常重要的。
压电陶瓷片主要参数
压电陶瓷片主要参数
压电陶瓷片是一种用来发声的新型智能元件，它的出现便开创了现代声学技术
的一个崭新篇章。
该片由导电玻璃/电子基材以及表面强度层组成，其中导电玻璃/电子基材主要由高温烧结的压电陶瓷和可抗热韧性的电子基材构成,当外加电场即
使产生压陷，超声波可由此系统发出。
压电陶瓷片的主要参数包括尺寸、厚度、电容量、超声反射系数、频率和电压。
其中，片子尺寸对其工作有非常大的影响，尺寸越大，其反应的尺度就越大，电容量就越大;厚度过厚也会降低其超声能力，最佳厚度为0.381mm；超声反射系数通
常在20-40，这取决于其介质和常数；超声频率可以从1-20kHz，该参数受尺寸、
厚度和介质参数影响；最后，电压越大，超声能力越强。
因此，压电陶瓷片的主要参数的设计制造的精度和实用性都是极为关键的，确
保压电陶瓷片的可靠性和质量。
正确地掌握这些参数，可以有效地协助工程师们科学地选定、定制和使用各种压电陶瓷片。
特种陶瓷第五讲压电陶瓷
1942年，第一个压电陶瓷材料——钛酸钡（BaTiO3） 先后在美国、前苏联和日本制成，但其压电性随温度 变化较大。 1954年美国B· 贾菲等人 ，发现了压电PbZrO3 -PbTiO 3(PZT)固溶体系统 。 在1970年后，添加不同添加剂的二元系PZT陶瓷具有 优良的性能，已经用来制造滤波器、换能器、变压器 等。 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。
压电常数D33是压电介质把机械能（或电 能）转换为电能（或机械能）的比例常 数，反映了应力（T）、应变（S）、电 场（E）或电位移（D）之间的联系，直 接反映了材料机电性能的耦合关系和压 电效应的强弱，从而引出了压电方程。 常见的压电常数有四种：dij、gij、 eij、 hij。
2）、机电耦合系数Kp
圆柱体轴向伸缩模式的耦合系数为K33（纵向耦合系数）等。
机电耦合系数K是压电材料进行机-电能 量转换的能力反映。它与材料的压电常 数、介电常数和弹性常数等参数有关， 是一个比较综合性的参数。其值总是小 于1 。
3）、机械品质因数Qm
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：
Ps单个电畴的极化强度；Pr剩 余极化强度；Ec矫顽电场。
压电效应及材料
1、压电效应
对某些晶体施加机械力而引起它们内部正负电 荷中心相对位移，产生极化，从而导致介质两 端表面内出现符号相反的束缚电荷。 在一定应力范围内，机械力与电荷呈线性可逆 关系，这种现象称为正压电效应（压→电） 。
6.3压电陶瓷教程
（5）上电极 烧成的陶瓷经精修、清洁后，就可以被覆上电极。 一般来说是将含银涂料（银浆）涂于制品表面， 并在600~800℃下烧结，使银浆中的氧化银还原 为银，并烧渗到陶瓷表面，形成牢固结合层。对 于薄片，可以通过溅射或蒸发镀上一层镍铬或金 作为电极。被上电极的产品便可进行人工极化处 理。
（6）极化
压电陶瓷的结构
大多数压电陶瓷的结构为ABO3，为钙钛矿结构。
压电陶瓷结构
在居里点以上，钙钛矿结构为有对称中心的立方晶 系，钛离子处于氧八面体中心，中间孔隙大于钛离子 的体积，钛离子可以偏离中心位置，但几率相同，不 显示极性，在居里点以下，晶型转变为四方晶系，C轴 拉长或变短，钛离子偏离中心，形成正负电荷中心不 重合，晶胞产生极化，称为极化，晶体内出现的自发 极化方向一致的小区域叫做电畴。相临个电畴之间的 相交角只能是180或90度。电畴相交的界面叫做畴壁。
目前，压电陶瓷的应用已日益广泛，大致可分为压电
压电陶瓷的应用领域
应用领域 举 例
电
源
雷达，电视显像管，高压电源，点火装置
振荡器，音叉，送话器，蜂鸣器，超声换能器 超声探测，声纳，水下导航，无损检测，医疗 滤波器，放大器，振荡器，混频器
信号转换 发射接收 信号处理
传感计测
存贮显示 其 它
加速度计，压力计，角速度计，红外探测器
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。
（4）烧结
烧结温度范围主要是由化学组成决定的。低于烧结范
压电陶瓷材料测试需要知道的13个基本参数
压电陶瓷材料测试需要知道的13个基本参数压电陶瓷材料是一种具有压电效应的材料，可将机械的压力或应力转化为电能，同时也可以将电能转化为机械的压力或应力。
因此，对于压电陶瓷材料的测试，需要关注以下13个基本参数。
1.介电常数（Dielectric constant）：介电常数是指材料在电场作用下的电极化能力，是压电陶瓷材料的一个重要指标。
介电常数越大，材料的电极化能力越强。
2.电容（Capacitance）：电容是指单位电压下存储的电荷量，通常以法拉（F）为单位。
对于压电陶瓷材料，电容可以用来判断材料的电性能。
3.压电系数（Piezoelectric coefficient）：压电系数是指压电材料产生的电荷与施加在材料上的应力或压力之间的比例关系。
压电系数可以分为压电应力系数和压电应变系数。
4.机械耦合系数（Electromechanical coupling coefficient）：机械耦合系数是指压电陶瓷材料在机械和电学特性之间的耦合程度。
该参数描述了材料将电能转化为机械能或将机械能转化为电能的能力。
5.压电应用温度范围（Operating temperature range）：压电陶瓷材料在不同温度下的性能是不同的，因此需要确定材料的工作温度范围。
过高或过低的温度可能会影响材料的性能。
6.力常数（Force constant）：力常数是指压电材料在单位面积上所承受的力与电压或电荷之间的比例关系。
力常数可以用来描述材料的力学特性。
7.色散（Dispersion）：色散是指压电陶瓷材料的压电性能随着频率的变化而产生的变化。
了解材料的色散特性可以优化材料的应用。
8.应力-应变曲线（Stress-strain curve）：应力-应变曲线描述了在施加外力或压力时，材料的应力和应变之间的关系。
通过绘制应力-应变曲线，可以获得材料的力学性能。
9.电化学稳定性（Electrochemical stability）：压电陶瓷材料应具有良好的电化学稳定性，以确保其在一定电压或电流下不发生电化学反应。
压电陶瓷性能参数解析
T=cS(1-6)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。
但是，任何材料都是三维的，即当施加应力于长度方向时，不仅在长度方向产生应变，宽度与厚度方向上也产生应变。
设有如图1-2所示的薄长片，其长度沿1方向，宽度沿2方向。
沿1方向施加应力T1，使薄片在1方向产生应变S1，而在方向2上产生应变S2，由（1-5）式不难得出S1=S11T1(1-7)S2=S12T1(1-8)上面两式弹性顺度常数S11和S12之比，称为迫松比，即(1-9)它表示横向相对收缩与纵向相对伸长之比。
同理，可以得到S13，S21，S22，其中，S22=S11，S12=S21。
极化过的压电瓷，其独立的弹性顺度常数只有5个，即S11，S12，S13，S33和S44。
独立的弹性劲度常数也只有5个，即C11，C12，C13，C33和C44.由于压电瓷存在压电效应，因此压电瓷样品在不同的电学条件下具有不同的弹性顺度常数。
在外电路的电阻很小相当于短路，或电场强度E=0的条件下测得的称为短路弹性顺度常数，记作S E。
在外电路的电阻很大相当于开路，或电位移D=0的条件下测得的称为开路弹性顺度常数，记作S D。
由于压电瓷为各向异相性体，因此共有下列10个弹性顺度常数：S E11，S E12，S E13，S E33，S E44，S D11，S D12，S D13，S D33，S D44。
同理，弹性劲度常数也有10个：C E11，C E12，C E13，C E33，C E44，C D11，C D12，C D13，C D33，C D44。
（4）机械品质因数。
压电陶瓷性能参数解析
压电陶瓷性能参数解析压电陶瓷是一种应用广泛的功能陶瓷材料，具有优异的压电性能。
压电陶瓷的性能参数对于材料的应用和设计具有重要的参考意义。
本文将对压电陶瓷的几个重要性能参数进行解析，并分析其对材料性能的影响。
1.压电系数压电系数是衡量压电陶瓷材料压电效应强弱的一个重要参数。
它表示了材料在受到外界应力或电场刺激下的压电响应程度。
压电系数通常分为压电应力系数d和压电电比系数g两种。
其中，d系数表示了材料在受到外力压紧时输出的电荷量与应力之间的关系，而g系数表示了材料在受到外电场刺激时输出电荷的量与电场强度之间的关系。
2.介电常数介电常数是指材料在外电场刺激下的电介质性能。
它反映了材料对电磁波的介质响应能力。
介电常数由静电介电常数ε和介电损耗tanδ两个参数组成。
静电介电常数ε表示了材料在频率趋近于零时的介电性能，而介电损耗tanδ则表示了材料在外电场作用下存在的能量损耗。
3.压电谐振频率和机械品质因数压电谐振频率是指压电元件在应用于谐振电路时的共振频率。
它是由压电材料的物理性质和结构参数共同决定的。
机械品质因数则是衡量压电元件在谐振电路中信号传输的能力和能量损耗的一个参数。
较高的机械品质因数意味着能够更有效地将能量传输给压电材料。
4.矢量磁导率矢量磁导率是压电陶瓷材料对磁场的响应能力。
它由静磁导率和磁导率损耗θ两个参数组成。
静磁导率描述了材料对磁场的响应能力，而磁导率损耗θ则表示了材料在外磁场作用下存在的能量损耗。
这些性能参数对于压电陶瓷材料的应用具有重要的影响。
例如，较高的压电系数和介电常数意味着材料具有更强的压电效应和介电性能，适用于压电传感器和电控驱动器件等领域。
而较高的压电谐振频率和机械品质因数则意味着材料能够更好地应用于高频谐振器和滤波器等器件。
另外，矢量磁导率的大小对于磁声换能器和磁传感器的性能也有着重要的影响。
总之，了解和解析压电陶瓷的性能参数对于材料的选择和应用具有重要的意义。
不同性能参数的大小和综合能力决定了压电陶瓷的功能和应用范围。
压电陶瓷参数整理
锆钛酸铅压电压电陶瓷的居里点比钛酸钡高的多，在较大的温度范围内性能比较稳定，作为换能材料，它的压电效应显著。且可以通过变更其化学组成大幅度调整其化学性能。
锆钛酸铅种类繁多,各具特点。PZＴ－４（发射型)具有低机械损耗和介电损耗、大的交流退极化场,并具有较大的介电常数、机电耦合系数和压电常数,特别适合于强电场、大机械振幅的激励。PＺＴ-５(接收型)具有高机电耦合系数、高压电应变常数和高电阻率，各机电参数具有优异的时间稳定性和温度稳定性，对低功率共振和非共振适用。PＺT-8具有比PＺT-４更低的机械损耗和介电常数、机电耦合系数，但抗张强度和稳定性优于PＺＴ－４,更适用于高机械振幅的激励。
值对分辨力有较大的影响。机械品质因数越大,能量的损耗越小，晶片持续振动时间长,脉冲宽度大,分辨率低。
(５)频率常数
由驻波理论可知,压电晶片在高频电脉冲激励下产生共振的条件是:
式中 t——晶片厚度; ——晶片中纵波波长; ——晶片中纵波的波速;
——晶片固有频率。
则：
这说明压电片的厚度与固有频率的乘积是一个常数,这个常数叫做频率常数。因此，同样的材料，制作高频探头时,晶片厚度较小;制作低频探头时,晶片厚度较大。
3偏铌酸铅压电陶瓷( ）ﻫ它的突出优点是能够经受接近居里点（570℃）而不会强烈地退极化。另一个特点是具有特别低的机械品质因数。特别适合做宽带、耐高温、耐高静水压的换能器。
４铌酸钾钠压电陶瓷（ )
它具有非常低的介电常数、较高的频率常数和较高的切变机电耦合系数 ，因而适合切变模式特别是高频(10～100MＨz）下的换能器。
5钛酸铅压电陶瓷( ）
它是一种颇具特点的压电材料。其居里点很高，适合在高温下工作。在压电陶瓷中，它的介电常数最小，具有中等阻抗。它的机电耦合系数 和 较大,而 和 却很小，用其制作沿ｚ轴振动振子，易得到近似的纯模。它的压电常数 大，适于做接收器。
压电陶瓷的性能参数解析
示的薄长片，其长度沿1方向，宽度沿2方向。
沿1方向施加应力T1，使薄片在1方向产生应变
S1，而在方向2上产生应变S2，由（1-5）式不 难得出
S1=S11T1
(1-7)
S2=S12T1
(1-8)
上面两式弹性顺度常数S11和S12之比，称为迫松比，即
(1-9) 它表示横向相对收缩与纵向相对伸长之比。 同理，可以得到S13，S21，S22，其中，S22=S11，S12=S21。极化过的压电陶瓷，其独立的弹性顺度
D=Q/A=dT
(1-15)
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，其所产生的应变为膨
胀或为收缩取决于样品的极化方向。
S=dE
(1-16)
式中，d的单位为米/伏（m/v）。
上面两式中的比例常数d称为压电应变常数。对于正和逆压电效应来讲，d在数值上是相同的，即有关
（1-3）
即经过极化后的压电陶瓷具有两个介电常数ε11和ε33。
由于压电陶瓷存在压电效应，因此样品处于不同的机械条件下，其所测得的介电常数也不相同。在机
械自由条件下，测得的介电常数称为自由介电常数，在εT 表示，上角标T表示机械自由条件。在机械夹持 条件下，测得的介电常数称为夹持介电常数，以εS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。 根据上面所述，沿3方向极化的压电陶瓷具有四个介电常数，即ε11T，ε33T，ε11S，ε11S。 （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
压电陶瓷简介介绍
02
压电陶瓷具有高灵敏度、高可靠性、高稳定性等优点，因此在
声纳、医学成像、雷达、电子乐器等领域得到广泛应用。
压电陶瓷在军事、航空航天、环境监测等领域也有着不可替代
03
的作用。
目前存在的问题及解决方案
01
02
03
压电陶瓷的机电转换效 率较低，且在高温、高 湿等恶劣环境下性能不 稳定，影响了其应用范
围。
压电陶瓷的主要类型
根据材料组成和晶体结构，压电陶瓷主要分为以下几类
1. 钙钛矿结构压电陶瓷：如钛酸钡（BaTiO3）和锆钛酸 铅（Pb（Zr,Ti）O3）等。
2. 钨青铜结构压电陶瓷：如铌镁酸铅（Pb（ Mg1/3,Nb2/3）O3）和铅锌酸铅（Pb（Zn1/3,Nb2/3 ）O3）等。
3. 铋层状结构压电陶瓷：如铋镁酸铅（Pb（ Bi1/2,Mg1/2）O3）和铋锌酸铅（Pb（Bi1/2,Zn1/2） O3）等。
表面涂层
通过涂层技术对压电陶瓷 表面进行改性处理，以提 高其耐腐蚀性和机械强度 等性能。
04
压电陶瓷的性能参数及测试方法
压电陶瓷的性能参数及测试方法
• 压电陶瓷是一类具有压电效应的功能陶瓷材料。压电陶瓷的特 性在于其能够将机械能转换为电能，或者将电能转换为机械能 。这种材料在制造传感器、换能器、发电机等方面具有广泛的 应用。
广泛应用于清洗精密零件、光学 元件、电子元件等。
超声波探伤
压电陶瓷作为换能器，将电能 转换为超声波，通过检测反射 回来的超声波判断物体内部的 缺陷。
可用于检测金属、非金属等材 料内部缺陷。
检测结果受物体表面状态、材 料性质、缺陷类型等多种因素 影响。
医学诊断
压电陶瓷制成的超声波探头，可 用于医学诊断，如B超、彩超等
压电陶瓷性能参数解析
压电陶瓷的性能参数解析制造优良的压电陶瓷元器件，通常要对压电陶瓷性能提出明确的要求。
因为压电陶瓷性能对元器件的质量有决定性的影响。
因此，要讨论和认识压电陶瓷的元器件，就必须首先要了解压电陶瓷的性能参数与量度方法。
压电陶瓷除了具有一般介质材料所具有的介电性和弹性性能外，还具有压电性能。
压电陶瓷经过极化处理之后，就具有了各向异性，每项性能参数在不同方向上所表现的数值不同，这就使得压电陶瓷的性能参数比一般各向同性的介质陶瓷多得多。
压电陶瓷的众多的性能参数是它被广泛应用的重要基础。
（1）介电常数介电常数是反映材料的介电性质，或极化性质的，通常用ε来表示。
不同用途的压电陶瓷元器件对压电陶瓷的介电常数要求不同。
例如，压电陶瓷扬声器等音频元件要求陶瓷的介电常数要大，而高频压电陶瓷元器件则要求材料的介电常数要小。
介电常数ε与元件的电容C，电极面积A和电极间距离t之间的关系为ε=C·t/A (1-1)式中，各参数的单位为：电容量C为F，电极面积A为m2，电极间距t为m，介电常数ε为F/m。
有时使用相对介电常数εr（或κ），它与绝对介电常数ε之间的关系为εr=ε/εo (1-2)式中，εo为真空（或自由空间）的介电常数，εo=8.85×10-12（F/m），而εr则无单位，是一个数值。
压电陶瓷极化处理之前是各向同性的多晶体，这是沿1(x)、2(y)、3(z)方向的介电常数是相同的，即只有一个介电常数。
经过极化处理以后，由于沿极化方向产生了剩余极化而成为各向异性的多晶体。
此时，沿极化方向的介电性质就与其他两个方向的介电性质不同。
设陶瓷的极化方向沿3方向，则有关系ε11=ε22≠ε33（1-3）即经过极化后的压电陶瓷具有两个介电常数ε11和ε33。
由于压电陶瓷存在压电效应，因此样品处于不同的机械条件下，其所测得的介电常数也不相同。
在机械自由条件下，测得的介电常数称为自由介电常数，在εT表示，上角标T表示机械自由条件。
压电陶瓷
在压电陶瓷上加上电场，设电场方向与极化方向相同， 则晶体的极化加强，晶体沿极化方向伸长，产生了形变— —逆压电效应。若加上反向场强，则晶体沿极化方向缩短； 若加上交变电场，则晶体产生振动。
Qm ,热稳定性好 抗老化性好
低衰减 硬性材料 频率稳定 软性材料
§ 7-1 压电陶瓷
由于一些性能往往是互相克制的，如Qm ↑ ，则KP ↓ ； ε↑则tgδ ↑ ；KP ↑则热稳定性↓，因此选用材料时应全面考虑， 适当折中。
三§元7系-1铅基压压电电陶陶瓷瓷
a、所谓三元系压电陶瓷，是在PZT的基础上再添加三元复合钙钛矿型物质(A,A’)(B,B’)O3 而组成的。在实际大多 数多元系压电陶瓷中，A位元素仍是铅，所改变的只是处 于八面体中的B位的元素。因此：在钙钛矿结构的三维八 面体网中，在相互固溶的情况下，八面体的中心将有四种 或更多电价不一定为4的元素（包括Zr和Ti）统计地均匀 分布，改变其元素种类与配料，就可调整、优选出一系列 具有特殊性能的压电陶瓷。
等 价 取 代
PZT的
改
性
分
为：异
价
取
软 性 代硬 性
取 取
代 代
改 改
性 性
其 它 取 代 改 性
§ 7-1 压电陶瓷
⑶ 常用PZT瓷料 压电陶瓷用途很多，不同场合对压电陶瓷性能要求不同。
接
收
型
水
声
换
能
器
：g33或g31大
，K
P
,
高效率、高灵敏度 软性材料
换 能 器
常用的为横向压电系数d31和纵向压电系数d33（脚标第 一位数字表示压电陶瓷的极化方向；第二位数字表示机械 振动方向）。四方钙钛矿结构有三个独立的压电系数d31 、 d33和 d15 。
压电陶瓷dcs3参数
压电陶瓷dcs3参数全文共四篇示例，供您参考第一篇示例：压电陶瓷（DCS3）是一种具有压电效应的陶瓷材料，其参数对于压电陶瓷的应用至关重要。
压电陶瓷由于其优异的压电性能、机械性能和化学稳定性，在声学、传感、电声、声表面波设备等领域都有广泛的应用。
在工程领域中，压电陶瓷的参数对于设计和使用压电材料的设备至关重要。
深入了解压电陶瓷DCS3的参数对于工程应用具有重要的意义。
压电陶瓷DCS3的参数之一是压电系数。
压电系数是压电陶瓷材料的一个重要参数，它描述了材料在受到机械应力时产生的电荷量与机械应力的关系。
对于压电陶瓷而言，压电系数的大小直接影响到其在传感、换能器等领域的性能表现。
准确测定和掌握压电陶瓷DCS3的压电系数是非常重要的。
压电陶瓷DCS3的谐振频率也是一个重要参数。
谐振频率是指在给定的尺寸和结构条件下，压电陶瓷在电场作用下产生的机械谐振频率。
该参数直接影响了压电陶瓷在振动传感和滤波器等领域的应用效果。
对于设计和制造具有特定频率响应特性的压电陶瓷设备而言，准确控制谐振频率至关重要。
压电陶瓷DCS3的介电常数也是一个重要的参数。
介电常数描述了材料对电场的响应能力，是一个衡量材料绝缘性能的重要参数。
对于压电陶瓷而言，介电常数的大小直接影响到其在电声换能器、压电陶瓷储能器等设备中的性能表现。
准确掌握压电陶瓷DCS3的介电常数对于实现其在电声应用中的最佳效果至关重要。
压电陶瓷DCS3在不同温度和频率下的参数变化也是需要重点关注的。
由于压电陶瓷在实际工程应用中会受到温度和频率的影响，因此对于其参数随温度和频率的变化规律进行研究和分析，对于完善压电陶瓷材料的工程应用具有重要的意义。
压电陶瓷DCS3的参数对于其在工程应用中的性能表现起着至关重要的作用。
在设计和使用压电陶瓷材料的设备时，需全面了解并准确掌握其各项参数，以确保其在特定应用条件下具有良好的性能表现。
需要加强对其参数变化规律的研究，以进一步完善压电陶瓷材料在工程领域的应用效果。
压电陶瓷标称行程 -回复
压电陶瓷标称行程-回复压电陶瓷是一种特殊材料，具有压电效应的特性。
压电效应是指在施加压力或拉伸时，压电陶瓷会产生电荷的极性变化。
由于这种特性，压电陶瓷被广泛应用于传感器、声源、振动器等领域。
在实际应用中，压电陶瓷的标称行程是非常重要的参数。
标称行程指的是压电陶瓷在施加一定压力或拉伸后，所能产生的电荷变化量。
在本文中，我们将一步一步回答关于压电陶瓷标称行程的问题。
第一步：了解压电陶瓷的工作原理在深入讨论压电陶瓷标称行程之前，我们首先需要了解压电陶瓷的工作原理。
压电陶瓷的工作原理基于压电效应，即在施加外力时，压电陶瓷会发生电荷的极性变化。
这是由于压电陶瓷的晶体结构能够在应力作用下发生微小的形变，从而导致电荷分布的变化。
第二步：理解标称行程的定义和意义标称行程是指在一定的压力或拉伸条件下，压电陶瓷所能产生的电荷变化量。
它反映了压电陶瓷在实际使用中的性能表现。
标称行程的大小对于特定应用场景的选择和性能评估非常重要。
通常情况下，标称行程越大，压电陶瓷的灵敏度和响应速度也就越高。
第三步：了解标称行程的测量方法标称行程可以通过实验测量来获得。
一种常用的测量方法是通过施加一定的压力或拉伸到压电陶瓷上，并测量所产生的电荷变化量。
通过多次实验，可以得到一个平均值来代表压电陶瓷的标称行程。
需要注意的是，在实际应用中，还需要考虑到温度、湿度等环境因素对标称行程的影响。
第四步：影响标称行程的因素标称行程受到多种因素的影响。
首先，材料的物理性质对标称行程起着决定性作用。
比如压电陶瓷的晶体结构、晶格畸变等都会影响标称行程的大小。
其次，外界环境因素如温度、湿度也会对标称行程产生影响。
此外，材料的几何形状和尺寸也会对标称行程有一定的影响。
第五步：了解如何改善标称行程在某些应用场景中，要求较大的标称行程是非常重要的。
为了改善标称行程，可以采取一些策略。
首先，优化材料的制备工艺，提高材料的纯度和结晶度，可以改善标称行程。
其次，通过设计合适的表面形貌、增加压电陶瓷的厚度等方法，也可以增加标称行程。
压电陶瓷
（m/V） 常用的为横向压电系数 d31和纵向压电系数 d33（脚 标第一位数字表示压电陶瓷的极化方向；第二位数
12/5/2014
机电耦合系数k
电能转变所得的机械能 机械能转变所得电能 2 K K 或 输入的电能 输入的机械能
2
机电耦合系数反映了机械能和电能之间的转换效 率，与材料的压电系数、ε和弹性常数等有关，是 一个比较综合的参数。
电 场 方 向
（逆压电效应）
12/5/2014
由此可见，压电陶瓷所以具有压电效应，是由 于陶瓷内部存在自发极化。这些自发极化经过极化 工序处理而被迫取向排列后，陶瓷内即存在剩余极 化强度。如果外界的作用（如压力或电场的作用） 能使此极化强度发生变化，陶瓷就出现压电效应。 此外，还可以看出，陶瓷内的极化电荷是束缚电荷 ，而不是自由电荷，这些束缚电荷不能自由移动。 所以在陶瓷中产生的放电或充电现象，是通过陶瓷 内部极化强度的变化，引起电极面上自由电荷的释 放或补充的结果。
RT-8墨
常用PZT瓷料
压电陶瓷用途很多，不同场合对压电陶瓷性能要求不同。
接收型水声换能器： g 33或g 31大，K P , 高效率、高灵敏度 软性材料 大功率 硬性材料 Ec , tg , Qm , 稳定性 换 发射型水声换能器： KP 高效率 软性材料 能 电声材料： K ， 高效率 软性材料 器 高效率、高灵敏度 软性材料 K , g 引燃、拾音、高压发生 器： 低电容 硬性材料
12/5/2014
压电陶瓷的应用
压电驱动器
12/5/2014
压电陶瓷的应用
陶瓷谐振器
序号 1 2 3 零部件名称 包封料 振子 振子电极 PZT 银（Ag） 铜（Cu） 4 5 6 7 8 焊锡 电容银层 电容 F树脂 引出片 铜（Cu） 铁（Fe） 标志油墨
压电陶瓷参术
<三> 实验步聚
1．fr、fa的测量
把压电振子接入测试线路的A、B两点如（图一），终端电阻 、 接1kΩ或5.1Ω（拨K2 波段开关），K1拨到样品挡，调节讯号发 生器从低频到高频，使超高频电压表指示最大。此时电子计数 频率计上的读数，即为谐振频率。拨开K2，使终端电阻接到1k 处，继续增大信号发生器的频率，使高频电压表指示最小，此 时数字频率计上指示的频率，即为反谐振频率。
图一 π型网络传输法测试线路
将压电振子在谐振频率附近的参数和特性用一 相应电路的参数和特性来表示，这个电路称为电振 子的等效电路。 L1——动态电感。 C1——动态电容。 R1——动态电阻（或串联谐振电阻） C0——并联电容（或静态电容）
图二
等效电路
压电陶瓷材料的机电耦合系数是综合反映压电陶 瓷材料性能的参数，是衡量材料压电性能好坏的一个 重要物理量。它反映了压电陶瓷材料的机械能与电能 之间的耦合效应。通过谐振频率和反谐振率（如果较 小的话）可直接计算。
<四> 注意事项
信号发生器在开机前，应将输出细调电位器旋至最小， 开机后过载指示灯熄灭后，再逐渐加大输出幅度。面板上的 六挡按键开关，用作波段的选择，根据所需频率，可按下相 应的按键开关，然后再用按键开关上方的三个频率扭按十进 制原则细调到所需频率。 当输出旋扭开得较大，过载指示灯亮，表示输出过载， 应减小输出幅度。如果指示灯一直亮。应停机检查故障。
将压电振子（经极化工艺处理的压电陶瓷片）接入一特 定的传输网络中（如图一A、B两点），外加一定的信号电压 给压电振子，并逐步改变电压频率，当频率调到某一数值时， 压电振子产生谐振。此时振子阻抗最小，输出电流最大，以 表示最小阻抗（或最大导纳）的频率。当频率继续增大到另 一频率时，振子阻抗最大，输出电流最小，以表示最大阻抗 （或最小导纳）的频率。我们把阻抗最小的频率近似作为谐 振频率，阻抗最大的频率近似作为反谐振频率。
压电陶瓷性能参数解析
压电陶瓷性能参数解析瓷的极化⽅向沿3⽅向，则有关系ε11=ε22≠ε33（1-3）即经过极化后的压电陶瓷具有两个介电常数ε11和ε33。
由于压电陶瓷存在压电效应，因此样品处于不同的机械条件下，其所测得的介电常数也不相同。
在机械⾃由条件下，测得的介电常数称为⾃由介电常数，在εT表⽰，上⾓标T表⽰机械⾃由条件。
在机械夹持条件下，测得的介电常数称为夹持介电常数，以εS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。
根据上⾯所述，沿3⽅向极化的压电陶瓷具有四个介电常数，即ε11T，ε33T，ε11S，ε11S。
（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，介质所积蓄的电荷有两部分：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。
介质损耗的异相分量与同相分量的⽐值如图1-1所⽰，Ic为同相分量，IR为异相分量，Ic与总电流I的夹⾓为δ，其正切值为(1-4)式中，ω为交变电场的⾓频率，R为损耗电阻，C为介质电容。
由式（1-4）可以看出，I R⼤时，tanδ也⼤；I R⼩时tanδ也⼩。
通常⽤tanδ来表⽰的介质损耗，称为介质损耗正切值或损耗因⼦，或者就叫做介质损耗。
处于静电场中的介质损耗来源于介质中的电导过程。
处于交变电场中的介质损耗，来源于电导过程和极化驰豫所引起的介质损耗。
此外，具有铁电性的压电陶瓷的介质损耗，还与畴壁的运动过程有关，但情况⽐较复杂，因此，在此不予详述。
（3）弹性常数压电陶瓷是⼀种弹性体，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A的压电陶瓷⽚上，其所产⽣的应变为S，则根据胡克定律，应⼒T与应变S之间有如下关系S=sT(1-5)T=cS(1-6)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。
压电陶瓷参数整理
压电材料的主要性能参数（1）介电常数ε介电常数是反映材料的介电性质，或极化性质的，通常用ε来表示。
不同用途的压电陶瓷元器件对压电陶瓷的介电常数要求不同。
例如，压电陶瓷扬声器等音频元件要求陶瓷的介电常数要大，而高频压电陶瓷元器件则要求材料的介电常数要小。
介电常数ε与元件的电容C，电极面积A和电极间距离t之间的关系为ε=C·t/A式中C——电容器电容；A——电容器极板面积；t——电容器电极间距当电容器极板距离和面积一定时，介电常数ε越大，电容C也就越大，即电容器所存储电量就越多。
由于所需的检测频率较低，所以ε应大一些。
因为ε大，C就相应大，电容器充放电时间长，频率就相应低。
(2)压电应变常数压电应变常数表示在压电晶体上施加单位电压时所产生的应变大小：31(/) td m VU=式中 U——施加在压电晶片两面的压电；△t——晶片在厚度方向的变形。
压电应变常数33d是衡量压电晶体材料发射性能的重要参数。
其值大，发射性能好，发射灵敏度越高。
（3）压电电压常数33g压电电压常数表示作用在压电晶体上单位应力所产生的压电梯度大小：31(m/N) PUg VP=•式中 P——施加在压电晶片两面的应力；PU——晶片表面产生的电压梯度，即电压U与晶片厚度t之比，PU=U/t。
压电电压常数33g是衡量压电晶体材料接收性能的重要参数。
其值大，接收性能好，接收灵敏度高。
（4）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。
产生损耗的原因在于内摩擦。
m E E θ=储损m θ值对分辨力有较大的影响。
机械品质因数越大，能量的损耗越小，晶片持续振动时间长，脉冲宽度大，分辨率低。
（5）频率常数由驻波理论可知，压电晶片在高频电脉冲激励下产生共振的条件是: 022LL C t f λ== 式中 t ——晶片厚度；L λ——晶片中纵波波长；L C ——晶片中纵波的波速； 0f ——晶片固有频率。
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2．谐振阻抗|Zm|的测量。 把波段开关K1拨到C处，也就是用无感电阻替代了压电振子。 K2拨回到1kΩ或5.1Ω处（与测相同）调节信号发生器到谐振 振频率处，改变电阻箱阻值，使超高频率电压表指示与替 代前接压电振子完全相同（拨动K1电压表指示不变），此 时电阻箱的阻值，即为谐振阻抗|Zm|。 3．用电容电桥测出样品的CT。 4．用游标卡尺测出样品D、t。 、 5．更换样品（更换时要轻轻夹放）重复以上操作。
知道了材料的频率常数，就可以根据所要求的频 率来确定压电振子的尺寸。 用代替法测出|Zm|，并由Zm计算机械品质因素Qm R1—等效电阻|Zm|，单位是Ω CT—为低频电容（用低频电桥测得） 对于圆形的薄陶瓷片（D/t<10），圆片径向扩张振动， 则 CT t 4C T t T ε 33 = = D 2 π D2 π( ) 2 为试样电极直径（m）； 为试样厚度（m）；
<二> 实验原理
常利用压电陶瓷材料的谐振特性作压电器件。因为陶瓷片 是一弹性体，存在固有谐振频率，当外界作用的频率等于谐 振频率时，陶瓷片就产生机械谐振，谐振时振幅最大，弹性 能量也最大。陶瓷片有压电效应，因此，可采用输入电讯号 的方法，利用逆压电效应，是陶瓷片产生机械振动，而陶瓷 片的机械振动又可利用正压电效应而输出电信号，从而可制 成压电振子。
<五> 讨论分析
1．这次实验中影响测量精度的因素有哪些？ 2．Qm对测量fr、fp、Kp和K31数据有何影响？
将压电振子（经极化工艺处理的压电陶瓷片）接入一特 定的传输网络中（如图一A、B两点），外加一定的信号电压 给压电振子，并逐步改变电压频率，当频率调到某一数值时， 压电振子产生谐振。此时振子阻抗最小，输出电流最大，以 表示最小阻抗（或最大导纳）的频率。当频率继续增大到另 一频率时，振子阻抗最大，输出电流最作为谐 振频率，阻抗最大的频率近似作为反谐振频率。
<三> 实验步聚
1．fr、fa的测量
把压电振子接入测试线路的A、B两点如（图一），终端电阻 、 接1kΩ或5.1Ω（拨K2 波段开关），K1拨到样品挡，调节讯号发 生器从低频到高频，使超高频电压表指示最大。此时电子计数 频率计上的读数，即为谐振频率。拨开K2，使终端电阻接到1k 处，继续增大信号发生器的频率，使高频电压表指示最小，此 时数字频率计上指示的频率，即为反谐振频率。
图一 π型网络传输法测试线路
将压电振子在谐振频率附近的参数和特性用一 相应电路的参数和特性来表示，这个电路称为电振 子的等效电路。 L1——动态电感。 C1——动态电容。 R1——动态电阻（或串联谐振电阻） C0——并联电容（或静态电容）
图二
等效电路
压电陶瓷材料的机电耦合系数是综合反映压电陶 瓷材料性能的参数，是衡量材料压电性能好坏的一个 重要物理量。它反映了压电陶瓷材料的机械能与电能 之间的耦合效应。通过谐振频率和反谐振率（如果较 小的话）可直接计算。
<四> 注意事项
信号发生器在开机前，应将输出细调电位器旋至最小， 开机后过载指示灯熄灭后，再逐渐加大输出幅度。面板上的 六挡按键开关，用作波段的选择，根据所需频率，可按下相 应的按键开关，然后再用按键开关上方的三个频率扭按十进 制原则细调到所需频率。 当输出旋扭开得较大，过载指示灯亮，表示输出过载， 应减小输出幅度。如果指示灯一直亮。应停机检查故障。
传输法测试压电陶瓷参数
<一> 实验目的 一 <二> 实验原理 二 <三> 实验步聚 三 <四>注意事项 四 注意事项 <五>讨论分析 五 讨论分析
<一> 实验目的
1．掌握压电陶瓷性能参数的测试方法。 2．测量压电陶瓷的谐振频率f，和反谐振频率f，并 由此算出机电耦合系数kp、k31。 3．测量谐振阻抗|Zm|和机械品质因素Qm。 4．测试频率常数。