压电陶瓷
压电陶瓷
铅基压电陶瓷
• 硬性取代改性(低价取代) 所谓“硬性取代改性”是指加入这些添加物后能使矫顽场强EC 增加↑,极化变难, 因而在电场或应力作用下,材料性质变“硬”。(烧成后的瓷体成黑色) (a) K+,Na+等取代A位Pb2+离子; (b) Fe2+、Co2+、Mn2+(或Fe3+、Co3+、Mn3+)、Ni2+、Mg2+、Al3+、 Cr3+等 取代B位的Zr4+、Ti4+离子。
• 1947年,美国日本先后利用BaTiO3压电陶瓷制作超声换能器、高频换能器、 压力传感器、滤波器等应用研究。
• 1955年,美国B.Jaffe等人发现了比BaTiO3压电性更优越的PZT压电陶瓷,促 使压电器件的应用研究又大大地向前推进了一大步。
压电原理
压电陶瓷的晶胞结构随温度的变化有所变化。
工作温区窄(Tc=120℃) 工作温区宽(Tc=490℃)
易极化
难极化
热稳定性差
热稳定性好
ε=1900
ε=190
Kp =0.354 d33=191(10-12C/N) g33=11.4(10-3V·m/N)
工艺性好
Kp =0.095 d33=56(10-12C/N) g33=33(10-3V·m/N)
表征参数
频率系数N 对某一压电振子,其谐振频率和振子振动方向长度的乘积为一个常数,即 频率常数。
其中:
N=f0L
《压电陶瓷》课件
03
压电陶瓷的制造工艺
配料与混合
配料
根据生产需要,将各种原材料按 照配方准确称量,确保原材料的 质量和稳定性。
混合
将称量好的原材料进行充分混合 ,确保各种原材料均匀分布,以 提高产品的性能和稳定性。
预烧与成型
预烧
在一定温度和气氛下,将混合好的原 料进行预烧结,以促进原料的初步反 应和烧结。
易于加工和集成
压电陶瓷可以通过陶瓷工艺进 行加工和集成,与其他电子元
件实现一体化,方便应用。
压电陶瓷的应用领域
传感器
利用压电陶瓷的压电效应,可以制作 出各种压力、加速度、振动等物理量 的传感器。
换能器
驱动器
利用压电陶瓷的逆压电效应,可以制 作出各种微小位移、微小角度的驱动 器,用于精密定位、光路控制等领域。
压电陶瓷的工作模式
工作模式定义
工作模式是指压电陶瓷在受到机 械力作用时,如何将机械能转换
为电能的过程。
工作模式分类
压电陶瓷的工作模式可以分为直 接模式和逆模式。直接模式是指 陶瓷在受到压力时产生电压,逆 模式是指陶瓷在受到电压作用时
产生形变。
工作模式的应用
不同的工作模式适用于不同的应 用场景,如直接模式适用于传感 器,逆模式适用于超声波发生器
压电陶瓷广泛应用于传感 器、换能器等领域,如超 声波探头、电子点火器等。
压电陶瓷的极化
极化定义
极化是指压电陶瓷在制造过程中,通过施加高电 压使其内部电偶极矩定向排列的过程。
极化原理
在极化过程中,陶瓷内部的电偶极矩会沿着一定 的方向整齐排列,形成一个宏观的电场。
极化过程
极化过程需要在高温和高压环境下进行,通常需 要数千至上万伏的电压。
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THANKS
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。
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三、压电陶瓷的应用
1880~1940:压电晶体; 上世纪40年代中期:BaTiO3压电陶瓷问世; 由于压电陶瓷具有突出优点,包括: 制造方便,设备简单,成本低廉,不受尺寸大小限制,可
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。
3
表征参数
机电偶合系数K
or:
K2
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。
第二相变点
92 % mol 8% mol
0.2 % wt 120℃ -45℃
88 % mol 4 % mol 8 % mol
160℃ -50℃
7
锆钛酸铅(PbTiO3—PbZrO3,缩写PZT)陶瓷: Tc>300℃, 在 -50℃ ~ 300℃ 范 围 内 无 相 变 点 , 压 电 常 数 比 BaTiO3大二倍多,因此,它是目前品种最多,产量最大,应 用最为广泛的压电陶瓷。
1. 压电效应
压电陶瓷
压电陶瓷压电陶瓷(Piezoelectric ceramics)是一种特殊的陶瓷材料,具有压电效应。
它具有压电效应,能够在外界施加压力或扭转时产生电荷,同时在外加电场下也能产生机械变形。
因此,压电陶瓷广泛应用于传感器、换能器、储能器、振动器等领域。
本文将介绍压电陶瓷的原理、特性以及应用领域。
首先,我们来了解一下压电陶瓷的原理。
压电现象最早是由法国物理学家庞丁(Pierre Curie)和雅克(Jacques Curie)在1880年发现的。
他们发现某些晶体,如石英和长石,在外界施加压力时会产生电荷。
这被称为正压电效应。
而如果在外加电场的作用下,这些晶体会发生机械变形,这被称为反压电效应。
接下来,我们来探讨一下压电陶瓷的特性。
压电陶瓷具有几个主要的特性。
首先,它们具有良好的压电和逆压电效应。
这使得它们成为制造传感器和换能器的理想材料。
其次,压电陶瓷还具有良好的机械强度和稳定性。
它们可以承受高压力和机械应力,并且能够在广泛的温度范围内工作。
此外,压电陶瓷具有较宽的频率范围和较高的输出功率。
这使得它们成为制造振动器和储能器的理想选择。
压电陶瓷具有广泛的应用领域。
其中一个主要应用是在传感器领域。
压电陶瓷可以用于制造压力传感器、加速度传感器、力传感器等。
这些传感器可以广泛应用于自动化、工业控制、医疗设备等领域,实现对压力、加速度、力等参数的测量和监控。
另一个主要应用是在换能器领域。
压电陶瓷可以用于制造超声换能器、声波清洗器、喇叭等。
这些换能器可以将电能转化为机械能,实现声音的放大和传播。
此外,压电陶瓷还可以应用于振动器、储能器、精密电机等领域。
总之,压电陶瓷是一种独特的陶瓷材料,具有压电效应。
它具有压电和逆压电效应、良好的机械强度和稳定性、较宽的频率范围和高输出功率等特性。
压电陶瓷在传感器、换能器、储能器、振动器等领域有广泛的应用。
它们在实际生活中发挥着重要的作用,促进了科技的发展和进步。
希望随着科技的不断发展,压电陶瓷能够在更多领域发挥重要作用,为人们的生活带来更多便利和创新。
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
在电场E3和应力X1作用下,压电陶瓷片产生电位移
当E3 0,X1 = 0, 产生的介电电位移:
D 3(1) = X33 E3 当E3 = 0,X1 0, 产生的压电电位移: D 3(2) = d31 X1 当E3 0,X1 0, 产生的总电位移:
D3 = D 3(1) + D 3(2) = X33 E3 + d31 X1
热力学关系(守恒定律)赋予物理性质本身的固有对称性对宏观 物理性质的影响--要求描述晶体宏观物理性质的二阶以上张量 都是对称张量,如
介电常数张量元 ij = ji 应变 xij = xji
压电常数 dijk = dikj
压电陶瓷的介电常数
对各向同性介质, ij 为标量
对各向异性介质, ij 为二阶张量
X Di ij E j d i X E x d j E j s X
x Di ij E j ei x E X e j E j c x
第二类压电方程组
Ei ijX D j g i X
第三类压电方程组
D x g j D j s X
压电方程组
D3 = X33 E3 + d31 X1 x1 = s11E X1+ d31 E3
压电方程组
对于一般情况:
Di = ijX Ej + di µX µ
x = dj Ej + s µEX µ
可简写为: D= d X + X E x = sE X + d E
第一类压电方程组
类型 第一类边界条件 机械自由 机械夹持 机械自由 机械夹持 名称 电学短路 电学短路 电学开路 电学开路 特点 dX=0 d x=0 dX=0 dx=0 dx0 dE=0 dX 0 dE=0 dx 0 dD=0 dX 0 dD=0
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) 。
压电陶瓷
15 材料 李斌 201507060138
压电陶瓷的概述 压电陶瓷的特性 压电陶瓷的制备 压电陶瓷的应用
压电陶瓷的前景
压电陶瓷的概述
什么是压电陶瓷? 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、固相 反应后而成的多晶体.并 通过直流高压极化处理使 其具有压电效应的铁电陶 瓷的统称,是一种能将机 械能和电能互相转换的功 能陶瓷材料。
压电陶瓷的特性
压电陶瓷蠕变特性: 在一定电压下,压电陶瓷的位移快速达到一定值后。 位移继续随时间变化而缓慢变化,在一定时间后达到稳定 的特性称为蠕变特性。 压电陶瓷温度特性: 压电陶瓷受温度的影响而产生的变化的特性,就叫做 温度特性。
压电陶瓷的制备
配料
混合细磨
预烧
二次细磨
造粒
成型
排塑
烧结成瓷
压电陶瓷的应用
压电打火机 煤气灶上用的一种新式电子打火机,就是利用压电陶瓷制成的。只 要用手指压一下打火按钮,打火机上的压电陶瓷就能产生高电压, 形成电火花而点燃煤气,可以长久使用。所以压电打火机不仅使用 方便,安全可靠,而且寿命长,例如一种钛铅酸铅压电陶瓷制成的 打火机可使用 100 万次以上。 防核护目镜 核试验员带上用透明压电陶瓷做成的护目镜后,当核爆炸产生的光 辐射达到危险程度时,护目镜里的压电陶瓷就把它转变成瞬时高压 电,在 1/1000 s 里,能把光强度减弱到只有 1/10000 ,当危险光消 失后,又能恢复到原来的状态。这种护目镜结构简单,只有几十克 重,安装在防核护目头盔上携带十分方便。
压电陶瓷的前景
随着对材料结构的深入认识和应用技术的 研究与拓展,压电陶瓷材料将广泛用于电 子技术、通信技术、激光技术、生物技术 等高科技领域,随着这些领域的飞速发展 和经济社会新的发展需求,对压电陶瓷的 性能会有更高的要求,如高居里温度、高 机电耦合系数和机械品质因数及无铅等性 质。
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。
压电陶瓷主要特性
压电技术|压电陶瓷的主要特性有哪些?什么是压电陶瓷,主要有哪些特性?什么是压电陶瓷压电陶瓷是可以将电能转换成位移或出力的功能性材料。
当压电晶体在外力的作用下发生形变时,在晶体表面可以产生与外力成比例的电荷,这种由于机械力的作用而使晶体表面出现极化电荷的现象,称为正压电效应。
同时,当压电晶体置于外电场中,由于电场的作用,晶体会发生变形,形变的大小和外电场强度的大小成正比,这种由于电场的作用而使压电晶体发生形变的现象称为逆压电效应。
芯明天压电陶瓷产品以逆压电效应为主。
压电陶瓷的特性1、迟滞特性压电陶瓷升压曲线和降压曲线之间存在位移差。
在同一个电压值下,上升曲线和下降曲线上的位移值有明显的位移差,且这个位移差会随着电压变化范围的改变而改变,驱动电压越小则位移差也会相应越小,压电陶瓷的迟滞一般在给定电压对应位移值的10%-15%左右。
(如下图所示)。
我们将局部迟滞曲线的切换点之间的斜率定义为压电大信号形变系数d(G S):2、蠕变特性蠕变是指当施加在压电陶瓷的电压值不再变化时,位移值不是稳定在一固定值上,而是随着时间缓慢变化,在一定时间之后才会达到稳定值,如左图所示。
一般10s内蠕变量约为伸长量的1%~2%。
3、线性与非线性陶瓷的迟滞与蠕变可以通过闭环控制有效的消除,可以选择“芯明天”的闭环促动器以及闭环控制器产品。
4、温度特性温度变化是影响压电陶瓷纳米定位精度的一个非常重要的因素,压电陶瓷的性能会随着温度的改变而产生明显的变化。
叠堆共烧型压电陶瓷的居里温度为155℃,其使用温度为-25℃~+80℃。
超出100℃以上使用,陶瓷的性能会大幅下降,高温压电陶瓷的居里温度为360℃,操作温度可达200℃。
温度升高压电陶瓷的位移会受到一定的影响,取决于距离居里温度差值。
如果将陶瓷加热到居里温度点,将会产生退极化,压电效应将会随之消失,且不可恢复。
当与室温相比温度降低时,压电效应随之降低。
在液态氮的环境下,陶瓷的伸长度约为室温环境下的10%左右。
什么是压电陶瓷
01 of 03Version 2010/rfq 有些压晶体管可以烧结为多晶体陶瓷,虽然每个细晶体的压电陶瓷有自发极化的,但从整体来看都互相抵销了,而显示没有压电现像。
但是,当高直流电压施载于这类陶瓷,自发极化的方向被引导到一P的方向和实现铁电现象的陶瓷。
添加某些添加剂,材料显现非常Ã定的频率,温度,和老化特性,正被德键电子应用于陶瓷滤波器。
相对于单晶,压电陶瓷的多样的优势特点如下:1. 利于大规模量产,降低生产成本。
2. 可以形成任何理想的形状。
3. 很容易实现极化方向。
4. 化学和物理性质稳定。
5. 容易加工制造。
陶瓷谐振器应用压电陶瓷的机械共振。
振荡模式各有不同的谐振频率。
在右侧的表格显示了这种关系。
作为谐振器,石英晶体是众所周知的。
RC 振荡电路和 LC 振荡电路也被用来产生电力共振。
以下是压电陶瓷特点。
02 of 03Version 2010/rfq 1. 高稳性的振荡频率稳定度是介于石英晶体和 LC 或 RC 振荡电路之间。
石英晶体的最大温度系数 10–6/°C,而 LC 或 RC 振荡电路约 10–3 到 10–4/°C。
与这相比,陶瓷谐振器是 10–5/°C 于 -20°C 至 +80°C。
2. 陶瓷谐振器的配置小,重量轻,只有石英晶体一半的体积。
3. 低价格,不需调整,压电陶瓷可以大规模生产,因此成本低,稳定性高。
不像 RC 或 LC 电路,陶瓷谐振器使用的是机械共振。
也就是说陶瓷谐振器 基本上没有受到外部电路或电源电压波动的影响。
高度Ã定的振荡电路,因此没有必要再调整。
[Note] : show the direction of vibration03 of 03Version 2010什么是压电陶瓷 陶瓷谐振器振动有哪些模式/rfq TOKEN返回首頁 - 什麼是壓電陶瓷。
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
压电陶瓷
BACK
配料
成型
排塑
老化 测试
混合 磨细
造粒
烧结 成瓷
高压 极化
预烧
二次 磨细
外形 加工
被电 极
BACK
进行料前处理,除杂去潮,然后按配方比例称量各种原材料, 注意少量的添加剂要放在大料的中间。 目的是将各种原料混匀磨细,为预烧进行完全的固相反应准 备条件.一般采取干磨或湿磨的方法。小批量可采取干磨, 大批量可采取搅拌球磨或气流粉碎的方法,效率较高。 目的是在高温下,各原料进行固相反应,合成压电陶瓷.此 道工序很重要。会直接影响烧结条件及最终产品的性能。 目的是将预烧过的压电陶瓷粉末再细振混匀磨细,为成瓷均匀 性能一致打好基础。
• 适用于用于超声波焊接设备以及超声波清洗设备,主要采 用大功率发射型压电陶瓷制作,超声波换能器是一种能把 高频电能转化为机械能的装置,超声波换能器作为能量转 换器件,它的功能是将输入的电功率转换成机械功率(即 超声波)再传递出去,而它自身消耗很少的一部分功率。
BACK
声纳
• 在海战中,最难对付的是潜艇,它能长期在海下潜航,神 不知鬼不觉地偷袭港口、舰艇,使敌方大伤脑筋。如何寻 找敌潜艇?靠眼睛不行,用雷达也不行,因为电磁波在海 水里会急剧衰减,不能有效地传递信号,探测潜艇靠的是 声纳。压电陶瓷就是制造声纳的材料,它发出超声波,遇 到潜艇便反射回来,被接收后经过处理,就可测出敌潜艇 的方位、距离等。
BACK
高压发生器
声音转换器
声纳
谐振器
滤波器
超声波
其他运用
BACK
声音转换器
• 声音转换器声音转换器是最常见的应用之一。像拾音器、 传声器、耳机、蜂鸣器、超声波探深仪、声纳、材料的超 声波探伤仪等都可以用压电陶瓷做声音转换器。如儿童玩 具上的蜂鸣器就是电流通过压电陶瓷的逆压电效应产生振 动,而发出人耳可以听得到的声音。压电陶瓷通过电子线 路的控制,可产生不同频率的振动,从而发出各种不同的 声音。例如电子音乐贺卡,就是通过逆压电效应把交流音 频电信号转换为声音信号。
压电陶瓷十大品牌
4. 专家评审
邀请行业内的专家对各品牌进行评审,综合考虑各 项评选标准。
5. 公众投票
将入围的品牌名单向公众公示,接受公众投票, 以体现消费者对品牌的认可度。
6. 结果公布
根据专家评审和公众投票的结果,公布压电陶瓷十大品 牌榜单。
压电陶瓷的工作原理
• 压电陶瓷的工作原理主要是通过压电效应来实现电能与机械能的相互转换。当压电陶瓷受到外部压力或拉伸时 ,其内部晶格结构会发生形变,导致正负电荷中心产生位移,从而在两端面产生电压。反过来,当在压电陶瓷 的两端面施加电压时,也会引起晶格结构的形变,进而产生机械压力或拉伸。
压电陶瓷的应用场景
医疗诊断:在医疗诊断中,利用压电 陶瓷的超声波特性进行成像、检测等 操作,如超声波检查、胎儿监测等。
振动传感器:利用压电陶瓷的压电效 应,将机械能转换成电能,实现振动 、位移等物理量的测量。
以上是压电陶瓷的一些应用场景,随 着科技的不断进步,压电陶瓷的应用 领域还将不断扩大。
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压电陶瓷市场现状
全球压电陶瓷市场概况
市场规模
全球压电陶瓷市场在近年来持续增长,市场规模不断扩大。
竞争格局
全球压电陶瓷市场竞争激烈,众多企业参与其中。
产品类型
全球压电陶瓷市场产品类型多样,包括压电陶瓷元件、压电陶瓷 驱动器、压电陶瓷传感器等。
中国压电陶瓷市场现状
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市场规模
中国压电陶瓷市场规模不 断扩大,成为全球最大的 压电陶瓷生产国和消费国 。
优势分析:品牌一(日本TDK)
技术领先
TDK在压电陶瓷领域拥有 超过50年的研发经验,技 术积累丰富,不断推出创 新产品。
压电陶瓷
超声波加湿器是采 用超声波高频振荡的原 理,将水雾化为1—5微 米的超微粒子,通过风 动装置,将水雾扩散到 空气中,从而达到均匀 加湿空气的目的。
超声波加湿器
超声波雾化原理: 利用压 电陶瓷所固有超声波振荡特点, 通过一定的振荡电路手段与压 电陶瓷固有振荡频率产生共振, 压电陶瓷振子会产生轴向机械 共振变化,这种机械共振变化 再传输到与其接触的液体,使 液体雾化。
压电陶瓷
目录
• 1、压电陶瓷的基本原理及种类 • 2、压电陶瓷与压敏电阻的区别 • 3、压电陶瓷的主要应用
பைடு நூலகம்
压电陶瓷
• 压电效应:离子的移动 形成电流并感应出一个 内部电场(电压)。
• 电致伸缩:沿着某个适 当的晶体学方向施加一 个电场,将引起正离子 与负离子之间距离的变 化。
压电陶瓷
大量具有钙钛矿结构的晶态陶瓷,一般都 具有压电特性。
比如钛酸钡、铌酸钠、PZT(锆钛酸铅) 等等。
压电陶瓷与压敏电阻的区别
• 压敏电阻:在一定电流电 压范围内电阻值随电压而变 ",或者是说"电阻值对电压 敏感"的阻器。
• 压敏电阻的最大特点是当 加在它上面的电压低于它的 阀值"UN"时,流过它的电 流极小,相当于一只关死的 阀门,当电压超过UN时, 流过它的电流激增,相当于 阀门打开。利用这一功能, 可以抑制电路中经常出现的 异常过电压,保护电路免受 过电压的损害。
潜艇的眼睛——声呐
到目前为止, 声波还是唯一 能在深海作远 距离传输的能 量形式。
声呐就是利用水中声波对水下目标进行探 测、定位和通信的电子设备,是水声学中应用 最广泛、最重要的一种装置。
潜艇的眼睛——声呐
电磁波在水中也衰减太快,而且波长越短, 损失越大,即使用大功率的低频电磁波,也只 能传播几十米。
压电陶瓷简介介绍
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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
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的作用。
目前存在的问题及解决方案
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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。
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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
七、排塑:目的是将制粒时加入的粘合剂从毛坯中除掉。
应用
主要用途
常见运用
1、声音转换器声音转换器是最常见的应用之一。像拾音器、传声器、耳机、蜂鸣器、超声波探深仪、声纳、 材料的超声波探伤仪等都可以用压电陶瓷做声音转换器。如儿童玩具上的蜂鸣器就是电流通过压电陶瓷的逆压电 效应产生振动,而发出人耳可以听得到的声音。压电陶瓷通过电子线路的控制,可产生不同频率的振动,从而发 出各种不同的声音。例如电子音乐贺卡,就是通过逆压电效应把交流音频电信号转换为声音信号。
压电陶瓷
具有压电特性的电子陶瓷材料
01 基本释义
03 物质组成
目录
02 发展历史 04 特性
05 原理
07 应用
目录
06 制造工艺
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-压电效应,压电陶瓷除具有压电性外,还 具有介电性、弹性等,已被广泛应用于医学成像、声传感器、声换能器、超声马达等。压电陶瓷利用其材料在机 械应力作用下,引起内部正负电荷中心相对位移而发生极化,导致材料两端表面出现符号相反的束缚电荷即压电 效应而制作,具有敏感的特性,压电陶瓷主要用于制造超声换能器、水声换能器、电声换能器、陶瓷滤波器、陶 瓷变压器、陶瓷鉴频器、高压发生器、红外探测器、声表面波器件、电光器件、引燃引爆装置和压电陀螺等,除 了用于高科技领域,它更多的是在日常生活中为人们服务,为人们创造更美好的生活而努力。
其中u12为压电能,u1为弹性能,u2为介电能。
经过极化了的压电陶瓷片的两端会出现束缚电荷,所以在电极表面上吸附了一层来自外界的自由电荷。当给陶 瓷片施加一外界压力F时,片的两端会出现放电现象。相反加以拉力会出现充电现象。这种机械效应转变成电效应 的现象属于正压电效应。
压电陶瓷的分类
压电陶瓷的分类嘿,朋友们,今儿咱们来聊聊一个挺有意思的话题——压电陶瓷,这玩意儿听起来挺高科技的,但其实它就在我们身边,默默地为我们的生活添彩呢!首先,咱们得明白啥是压电陶瓷。
简单来说,压电陶瓷就像是那些会“害羞”的石头,你轻轻一摸它,它就能感受到你的温柔,然后“脸红”一下,释放出一点点电来。
这可不是我瞎编的啊,这是科学原理,叫做压电效应。
简单来说,就是压力能变成电,神奇不神奇?那么,压电陶瓷这家伙到底有多少种呢?嘿,多了去了,就像咱们家里的调料瓶,各有各的味道,各有各的用处。
第一种,咱们叫它“硬汉型”压电陶瓷。
这种陶瓷啊,就像那些铁骨铮铮的汉子,硬气得很。
它的特点是强度高,耐得住各种折腾,不容易变形。
所以,在需要承受大压力、大冲击的地方,比如超声波传感器、压力传感器这些高科技玩意儿里,都能看到它的身影。
它就像个默默无闻的守护者,守护着设备的稳定运行。
第二种呢,咱们叫它“温柔型”压电陶瓷。
这种陶瓷啊,就像那些温柔如水的女子,细腻又敏感。
它的特点是灵敏度高,一点点小压力都能感受到,并且迅速转换成电信号。
所以,在需要高精度测量的场合,比如加速度传感器、陀螺仪这些精密仪器里,它可是大显身手。
它就像个细心的侦探,捕捉着每一个细微的变化。
还有一种特别有趣的压电陶瓷,咱们叫它“变色龙型”。
为啥这么叫呢?因为它能根据环境的不同,展现出不同的特性。
就像变色龙一样,能根据心情和需要变换颜色。
这种压电陶瓷啊,在特定的条件下,能够改变它的压电性能,比如温度、湿度这些。
这样一来,它就能在不同的场合下发挥不同的作用了。
这种灵活性啊,真是让人叹为观止!当然啦,压电陶瓷的种类还有很多很多,比如还有那些耐高温的、耐腐蚀的、抗疲劳的……它们各有各的特长和用途。
就像咱们人类一样,每个人都有自己的优点和特长嘛!说到这里啊,我不禁要感叹一下科技的神奇和伟大。
这些看似不起眼的压电陶瓷啊,竟然能在我们的生活中发挥如此重要的作用。
它们默默地工作着,为我们的生活带来便利和舒适。
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Electrorheological 电流变电流变液 (Electrorheological Fluids)是一种智能流体,通常是由高介电常数的微米量级颗粒分散于低介电常数的绝缘油中而形成的悬浮液。
microfluids 微流体Mechanisms 机制,机械Dynamics 动力,动力学Induced polarization 感应激发极化rheological 流变学的,液流学的effective dielectric constant 有效介电常数insulating 绝缘的在他们研发后的近六十年时间里,电流变液体已经成为具有日益增长的科研魅力和实践重要性的材料。
这个评论追溯到机械装置,是由于这些液体的电流变反应和他们伴随的理论基础。
尤其是,电流变液体被分为了两个不同类型,非传导性的电流变和PZT(锆钛酸铅)piezoelectric ceramic transducer是PbZrO3和PbTiO3的固溶体,具有钙钛矿型结构。
PbTiO3和PbZrO3是铁电体和反铁电体的典型代表,因为Zr和Ti属于同一副族,PbTiO3和PbZrO3具有相似的空间点阵形式,但两者的宏观特性却有很大的差异,钛酸铅为铁电体,其居里温度为492℃,而锆酸铅却是反铁电体,居里温度为232℃,如此大的差异引起了人们的广泛关注。
研究PbTiO3和PbZrO3的固溶体后发现PZT具有比其它铁电体更优良的压电和介电性能,PZT以及掺杂的PZT系列铁电陶瓷成为近些年研究的焦点PZT压电陶瓷是将二氧化铅、锆酸铅、钛酸铅在1200度高温下烧结而成的多晶体。
具有正压电效应和负压电效应。
具有体积小,重量轻,精度和分辨率高,频率高,出力大等优点目前从环境保护的角度来讲,PZT已经被禁用了现代压电陶瓷材料正在向着复合化,薄膜化,无铅化和纳米化方向发展压电陶瓷在人们生活中的很多方面具有重要的应用,但是目前全球在大量使用的压电陶瓷材料仍是传统的含铅压电陶瓷,其中铅元素高达60%以上。
氧化铅是一种易挥发的有毒物质,在生产,制备,使用,和废弃后的处理过程中,都给人类和生存环境造成损害。
随着环保意识的日益深入,国际上正积极通过法律、法规、政府指令等形式对铅的的电子产品加以禁止。
高温烧结时氧化铅的挥发,在对环境造成污染的同时,还会造成陶瓷化学计量比的偏离,影响材料性能。
因此,无铅压电陶瓷逐渐成为压电陶瓷研究的热点之一。
无铅压电陶瓷的种类主要有:BaTiO3基无铅压电陶瓷、铌酸盐基无铅压电陶瓷、铋层状结构无铅压电陶瓷和BNT 基无铅压电陶瓷等WHAT IS “PZT”?PZT, or lead zirconate titanate (Pb[Zr(x)Ti(1-x)]O3), is one of the world’s most widely used piezoelectric ceramic materials. When fired, PZT has a perovskite (钙钛矿)crystal structure(晶体结构), each unit of which consists of a small tetravalent (四价的)metal ion(离子) in a lattice(晶格)of large divalent(二价金属)metal ions. In the case of (至于,在。
的情况下)PZT, the small tetravalent metal ion is usually titanium(钛)or zirconium(锆). The large divalent metal ion is usually lead(铅). Under conditions that confer a tetragonal or rhombohedral symmetry on the PZT crystals (鉴于压电陶瓷晶体拥有一个正方体或者斜方六面体的对称性的情况下), each crystal has a dipole moment(电偶极矩).PZT materials, and piezoelectric materials more generally, exhibit a unique range of properties(特殊的性能排列). In a basic sense, if a piezoelectric material is deformed(变形畸形的), an electric charge is generated in what is known as the piezoelectric effec(由于压电效应会产生电荷)t. The opposite of this phenomenon also holds true(相反同样有效): If an electric field(电场)is applied to a piezoelectric material, deformation occurs in what is known as the inverse(相反的颠倒的)piezoelectric effect.PZT is a metallic oxide(金属氧化物)based piezoelectric material developed by scientists at the Tokyo Institute of Technology(东京理工学院)around 1952.(PZT是在大约1952年东京理工学院研发的压电材料基础之上的一中金属氧化物)In comparison to the previously discovered metallic oxide based piezoelectric material Barium Titanate (钛酸钡)(BaTiO3), PZT materials exhibit greater sensitivity (灵敏度)and have a higher operating temperature(工作温度).PZT materials supplied by APC International are manufactured from high purity(高纯度的)precursors (先驱者,前体细胞), with properties(属性)optimized for specific applications by adjusting the zirconia:titania(二氧化钛)ration, and/or by including secondary materials.How is PZT Manufactured?Figure1: The process of manufacturing PZT powders(散剂,粉剂)consists of six distinct(不同的)unit operations (化工单元操作)(See Figure 1). High-purity raw(原材料)materials are evaluated, selected and sourced(获得)throughout the world. Selection criteria, in addition to(除了。
之外)purity, include material activity(活力)and limits on specific deleterious impurities(有毒杂质).Once each material is selected and approved for use, it is precisely weighed(精确的称重), according to the formulation being manufactured(加工配方), and transferred to wet mills(湿磨机). These ingredients(原料)are wet-milled(铣削)together in their proper proportions(适当比例)to achieve a uniform particle size distribution(粒度分布). Precise control over particle size distribution is necessary to ensure appropriate material(适合材质)activity during the calcination(煅烧).Following the wet milling process, the product is dried(干的)and prepared for calcining(煅烧). The product must be calcined in high-purity crucibles(坩埚)to guarantee no chemical contaminants(污染物)are present in the final product. The calcining operation is carried out(进行发生)in air at about 1000°C, where the desired PZT phase(所需的压电陶瓷相)is formed.It is important to remember that the major ingredient(成分)in PZT material is lead oxide(氧化铅), which is a hazardous materia(危险物)l with a relatively high vapor pressure(蒸汽压)at calcining temperatures. Therefore, it is possible to alter the desired composition by allowing too much lead (铅)to evaporate(使蒸发)during the firing operations(烧制). Proprietary measures(独特)are employed to ensure lead loss is not a factor.After calcining, the PZT powder is returned to the mill (磨坊)to ensure homogeneity(同质性均匀性)and to prepare the material for the addition of an organic binding agent(有机粘合剂). Thebinder-containing slurry(密封的粘合剂的研磨液)is then fed to(供应给)a spray dryer(喷雾干燥机), where water is evaporated. A successful spray drying operation requires experienced operators who can regulate the temperatures within the unit in accordance with the solids content(固体含量)of the slurry material, as well as the volume of slurry entering the dryer.The purpose of spray drying the PZT powder material(粉状材料)is to provide a free-flowing(自由流畅的)product in the form of(以某种形式)binder-containing(粘合密闭型的)hollow spheres(空心球体)with a narrow(紧凑的)particle size distribution(粒度分布). The morphology(形态学)of the PZT material is crucial to consistently fill die cavitie(刚模穴,阴模)s in the dry pressing(干压成型)process when manufacturing piezoelectric ceramics. The uniform PZT spheres of appropriate particle size distribution(压电陶瓷球的均匀适当的粒度分布)allow for air escapement(空气擒纵机构)throughout the compaction(压实)process, yielding lamination-free(免层压)green ceramic shapes.What is PZT made of?PZT was developed around 1952 at the Tokyo Institute of Technology. PZT is composed of the two chemical elements lead and zirconium combined with the chemical compound titanate(钛酸盐的化合物). PZT is formed(成形)under extremely high temperatures. The particulates(悬浮颗粒)are filtered out(过滤掉) using a mechanical filter.(机械过滤器)Popularity of PZT CeramicPZT, lead zirconate titanate(锆钛酸铅), is the most commonly used piezo ceramic today. In general, piezo ceramics are the preferred choice because they are physically strong(物理结构上的牢固), chemically inert(化学惰性)and relatively inexpensive to manufacture. Plus(再者), they can be easily tailored(定做)to meet the requirements of a specific purpose. PZT ceramic is revered(拥戴)because it has an even greater sensitivity(高度灵敏)and higher operating temperature than other piezo ceramics.PZT Ceramic ApplicationsPZT ceramic is used in a wide variety of applications. Soft (sensor) PZT ceramic(柔软的pzt陶瓷)powders are typically used when high coupling (高度耦合)and/or high charge sensitivity (高电荷灵敏度)are important, such as in flow(流体)or level sensors(液面传感器); ultrasonic nondestructive testing(超声波的无伤测试/评估的应用)/evaluation (NDT/NDE) applications; or for accurate inspections of automotive, structural or aerospace (汽车,建筑,航天工具)products. Material characteristics include a high dielectric constant(高介电常数); high coupling(高度耦合); high charge sensitivity; high density(高密度)with a fine grain(微利)structure; a high Curie point(居里温度); and a clean, noise-free frequency response(频率响应).Hard (high power(大功率)) PZT ceramic powders are used when high power characteristics are required, including applications such as the generation of ultrasonic or high-voltage(高电压)energy in ultrasonic cleaners(超声波清洗机), sonar devices, etc. Important powder characteristics include a high piezoelectric charge constant (d33); a higher mechanical quality factor(品质因素)that reduces mechanical loss(机械损失)and enables a lower operating temperature; a low dissipation factor(损耗因数)that ensures cooler, more economical operation; high dielectric stability(电解质的稳定性); and low mechanical loss under demanding conditions(需求状况).作为PZT材料的一个基本组成成分PbTiO3,虽被发现甚早,但由于其烧结困难等制作工艺等原因,长期内不能实际应用。