压电陶瓷讲义材料及其应用
压电陶瓷材料的性质研究与应用
压电陶瓷材料的性质研究与应用压电陶瓷材料是指在外加电场作用下能够发生形变，而在外加形变作用下又能够产生电荷分布的一种特殊材料。
它是一种具有卓越性能的功能材料，具有压电、电磁、光学、声学、磁学等多种特性，被广泛应用于传感、仪器、通讯、医疗、能源、军事等领域。
一、压电陶瓷材料的性质压电效应是指当施加压力时，材料会产生电荷分布是由于材料在压力下对晶格间距进行拉伸或压缩，从而导致材料在电性上产生变化。
与之相反，当施加电场时，材料也会发生形变。
压电陶瓷材料是一种非常优秀的压电材料，具有稳定的机械性能、良好的化学稳定性、高压电系数、极高的Q值、较大的耐热和耐湿性能。
目前，常用的压电陶瓷材料主要有PZT（铅锆钛）、PMN-PT（铅镁铌酸钛）、PNZT（铅钇锆钛）等。
二、压电陶瓷材料的应用压电陶瓷材料是一种功能材料，广泛应用于传感、控制、振动、谐振、储能等领域。
以下是几个典型的应用案例。
（1）传感器压电传感器是压电材料广泛应用的领域之一。
利用压电陶瓷材料的压电效应，将压电陶瓷材料作为敏感元件，制成各种传感器。
例如，对于水下传感器，采用压电陶瓷材料的压电效应，可以使传感器具有压力传感、压力传递、声波传输等功能。
同时，还可以使水下传感器具有扩张性、延伸性、防震性等优良性能。
（2）谐振器谐振器是利用谐振现象的设备，可以用于精确测量、频率控制、稳定器等领域。
压电陶瓷材料的高压电系数、低损耗、温度稳定性较好的性能，使它成为制备谐振器的优良材料。
例如，对于陶瓷振荡器，采用压电陶瓷材料可以制作出更为灵敏、更为精准的振荡器。
（3）控制器压电陶瓷材料可以通过改变外加电场的大小和方向，实现精密的机械控制。
而且由于压电效应是一种瞬态响应，因此压电陶瓷材料的机械响应很快，可以快速并精确地实现机械控制。
例如，对于固体流量控制器，采用压电陶瓷材料可以实现流量快速自动调节。
三、未来展望随着信息技术的快速发展，传感、通讯、能源等领域对功能材料的需求日益增加，压电陶瓷材料的应用前景非常广阔。
《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。
压电陶瓷及其应用培训资料
超声波发生器
利用压电陶瓷的逆压电效应产生超声波，广泛应用于无损检测、医疗成像等领域 。
麦克风
利用压电陶瓷的压电效应，将声音转化为电信号，用于语音识别、录音等场合。
振动控制
振动隔离
通过控制压电陶瓷的形变，实现精密 仪器的振动隔离，提高测量精度。
振动主动控制
利用压电陶瓷的逆压电效应产生反作 用力，对结构振动进行主动控制，提 高结构的稳定性。
易于加工和集成
压电陶瓷可以通过微加工 技术进行加工和集成，实 现小型化和高精度。
压电陶瓷的发展历程
早期发展
20世纪初，科学家开始研 究压电陶瓷，并逐渐应用 于声呐、无线电等领域。
中期发展
随着科技的发展，压电陶 瓷在传感器、换能器等领 域的应用逐渐增多，性能 也不断提高。
近期发展
随着新材料和加工技术的 发展，压电陶瓷在微纳尺 度、智能传感器等领域的 应用越来越广泛。
电子听诊器
压电陶瓷在电子听诊器中作为传感器，将心跳或呼吸产生的 机械振动转换为电信号，用于医学诊断。
电子听诊器具有操作简便、准确度高、可重复性好等优点， 广泛应用于临床医学和家庭保健领域。
05
压电陶瓷的未来展望
新材料与新工艺的发展
新型压电陶瓷材料
随着科技的不断进步，新型压电陶瓷材料如纳米压电陶瓷、高温压电陶瓷等将不断涌现，为压电陶瓷 的应用提供更多可能性。
压电陶瓷及其应用培 训资料
目录
• 压电陶瓷简介 • 压电陶瓷的工作原理 • 压电陶瓷的应用领域 • 压电陶瓷的应用实例 • 压电陶瓷的未来展望
01
压电陶瓷简介
压电效应与压电陶瓷
压电效应
某些材料在受到外部压力时会产生电 场，这种现象称为压电效应。利用压 电效应制作的陶瓷称为压电陶瓷。
压电陶瓷及其应用PPT课件
顺电相
铁电相
4. 铋层状结构
Bi4Ti3O12
（1） 钛酸钡压电陶瓷 钛酸钡（BaTiO3）是由碳酸钡（BaCO3）和二氧
化钛（TiO2）按1：1分子比例在高温下合成的压电陶瓷 。
它具有很高的介电常数和较大的压电系数（约为石 英晶体的50倍）。不足之处是居里温度低（120℃）， 温（度2）稳定锆性钛和酸机铅械系强压度电不陶如瓷石（英PZ晶T）体。
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铁路钢轨探头
铁路钢轨对接焊 缝探测用探头
缺陷 焊缝
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铁路钢轨探伤 用滑板式探头
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管道环焊缝 超声波检测装置
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管道环焊缝超声 波检测装置原理
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超声探伤仪
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构件的超声探伤
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构件的超声探伤
另外，PbTiO3陶瓷的介电系数小，热释电系 数大，接近于60μC/cm2·K，居里点高，抗辐射性 能好，还是一种相当理想的热释电探测器材料。
2. PbNb2O6 钨青铜结构 Tc高（570℃） 压电系数的各向异性大，d33/d31≈10 机械品质因素特别低（Q≈11）
主要用于超声缺陷检测、人体超身诊断及水听器等
4、压电半导体材料 如ZnO、CdS 、ZnO 、CdTe，这种力敏器件具有灵振荡器的压电材料，可测取力和温度等参数。
BaTiO3和PbTiO3压电陶瓷比较
BaTiO3陶瓷 工作温区窄（Tc=120℃
） 易极化 热稳定性差 ε=1900 Kp =0.354 d33=191(10-12库/牛) g33=11.4(10-3伏·米/牛) 工艺性好
压电陶瓷ppt课件
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。
压电陶瓷基本知识培训材料
压电陶瓷的生产工艺
1
制备成型
2
将混合粉末通过成型工艺进行成型，如
注塑成型或压片成型。
3
后续处理
4
进行。
原料准备
选择合适的原料，并进行粉末混合和筛 分。
烧结处理
将成型的陶瓷坯体进行高温烧结处理， 使其达到高强度和致密度。
压电陶瓷的维护保养
1 避免过大的外力冲击 2 定期清洁和检查
避免陶瓷受到过大的外力 冲击，导致晶体结构破坏。
定期清洁表面和检查陶瓷 的完整性和工作状态，及 时进行维修和更换。
3 保持适当的工作环境
保持陶瓷的工作环境适当， 避免受到湿气、油脂和化 学物质等的影响。
压电陶瓷的种类
铅锆酸钛陶瓷 (PZT)
PZT 是最常用的压电陶瓷材料，具有良好 的压电性能和稳定性。
硬陶瓷
硬陶瓷具有优异的耐高温性能和磨损性能， 常用于特殊环境下的应用。
有机压电陶瓷
有机压电陶瓷材料是一种新型的压电材料，具有较高的柔韧性和成型性，适用于特殊工艺需 求。
压电陶瓷的应用领域
传感器
压电陶瓷可以用于制造压力、 温度和加速度传感器，广泛应 用于汽车、医疗和工业领域。
压电陶瓷基本知识培训材料
压电陶瓷是什么？
压电陶瓷是一种具有压电效应的材料，能够在施加或撤离电场时发生形变， 反之亦然。它可以将机械能转化为电能，也可将电能转化为机械能。
压电效应的原理
压电效应的原理是基于压电材料的晶体结构，当施加外力或电场时，晶体中 的正负离子发生位移，导致晶体整体产生形变和电荷分布的变化。
换能器
压电陶瓷可用作声波和超声波 的发生器和接收器，应用于声 纳、超声波清洗和医学成像等 领域。
振荡器
_new_06第六讲 压电陶瓷的应用
P1
P2
y
x
Fx
Fy Fy
x
y
P1
P2
y
P2
P1P3P3 NhomakorabeaP3
不受力
Fx
图 2 石英晶体压电模型
⑵压电陶瓷： 压电陶瓷的压电效应机理与石英晶体大不相同，未经极化处理的压 电陶瓷材料是不会产生压电效应的。压电陶瓷经极化处理后，剩余极 化强度会使与极化方向垂直的两端出现束缚电荷（一端为正，另一端 为负），由于这些束缚电荷的作用在陶瓷的两个表面吸附一层来自外 界的自由电荷，并使整个压电陶瓷片呈电中性。当对其施加一个与极 化方向平行或垂直的外压力，压电陶瓷片将会产生形变，片内束缚电 荷层的间距变小，一端的束缚电荷对另一端异号的束缚电荷影像增强， 而使表面的自由电荷过剩出现放电现象。当所受到的外力是拉力时， 将会出现充电现象。
点火器工作过程分高压产生、 放电点火和点燃可燃气体三 个阶段。 高压产生——以圆柱形压电 陶瓷元件为例，如图5-2所示。 当机械力F作用于圆柱体时， 晶体发生畸变，导致晶体中 正负电荷中心偏移，从而在 圆柱体上下表面出现自由电 荷大量积聚，产生高压输出。 放电点火——把压电陶瓷 元件放在一个闭合回路中， 并留一个适当间隙，当电压 升高到该间隙的放电电压时， 间隙中就产生放电火花。
电子钟表的工作原理
是根据“电生磁、磁生电”的物理现象设计而成。即由电能转换 为磁能，再由磁能转换为机械能，带动时分针运转，达到计时目 的。 1、晶体管摆轮钟 以干电池为能源，用晶体管作为开关，摆轮游丝为振荡系统，统 一机芯为J1型，外形与普通闹钟一样。 2、晶体闹钟 与晶体管摆轮钟一样性能，加上一个由电能供给的闹时装置。 3、晶体管摆钟 用电子电路控制摆作为振荡元件，外形与机械摆钟相似。 4、石英钟 用“石英晶体”作为振荡器，通过电子分频去控制马达运转，带 动指针。走时精度很高。品种有台钟、挂钟、日历钟、闹钟、音 乐钟、落地钟，也有汽车钟、舰船钟、天文钟等各种技术用钟。 5、数显钟 也用石英晶体作为振荡器，直接用发光管或液晶显示时间，不用 机械传动。具有时、分、秒、日历、周历、月历等多种功能。 6、电子表 以电池为能源代替发条，不用手上弦，有多种结构，外形同机械 手表，统称电子手表。
特种陶瓷第五讲 压电陶瓷
压电陶瓷应用
压电探鱼仪：探鱼仪是一种用来探测水下鱼群的声纳设 备。其声波发射部分和接收部分用压电陶瓷制成。压电 陶瓷在交变电场作用下，会产生伸缩振动，从而向水中 发射声波。声波在向前传播时遇到鱼群即被反射回来， 压电陶瓷接收部分收到回波后，即将它变换成电信号， 经过电路处理就会显示出鱼群的规模、种类、密集程度、 方位和距离等，便于捕捞作业。 压电探鱼仪其发射功率已达到兆瓦级。用压电陶瓷制成 的接收部分有很高的灵敏度，根据回波的强弱可以判断 是海底、礁石，还是鱼群，甚至可以判断鱼群的种类、 大小和分布情况。
压电陶瓷应用
压电超声医疗仪中应用最广的是 B 型超声诊断仪。这种诊断仪中有 用压电陶瓷制成的超声波发生探 头，它发出的超声波在人体内传 输，体内各种不同组织对超声波 有不同的反射和透射作用。反射 回来的超声波经压电陶瓷接收器 转换成电信号，并显示在屏幕上， 据此可看出各内脏的位臵、大小 及有无病变等。 B 型超声诊断仪通 常用来检查内脏病变组织 ( 如肿块 等)。
压电陶瓷应用
积层式压电变压器：用于笔记本电脑液晶显示 器、桌上型电脑液晶显示器、个人数码助理 (PDA)、数码相机(DSC)、数码摄影机(DSC)之 冷阴极管电源模组等。
压电超声马达
世界上最小的马达（电机）：重36mg，长5mm，直径 1mm，可作为人造心脏的驱动器。 原理：当给定子加上电之后，由于逆压电效应，定子表 面就会产生超声振动。由于定子和转子之间的摩擦力的 作用，转子也会跟着运动起来。 优点：结构简单、启动快、体积小、无电磁干扰。
机电耦合系数K是一个综合反映压电陶瓷的机械能与电能之间 耦合关系的物理量，是压电材料进行机—电能量转换能力的反映。 机电耦合系数的定义是：
压电陶瓷的工作原理及其应用
压电陶瓷的工作原理及其应用1. 什么是压电陶瓷嘿，朋友们，今天咱们就聊聊一个神奇的材料——压电陶瓷。
乍一听这个名字，可能会让你觉得有点高大上，但其实它可比你想的要简单有趣多了！压电陶瓷是一种能够把机械压力转化为电能的陶瓷材料。
听着是不是感觉像魔法？其实，这就是科学的魅力所在！它们就像是“电力小精灵”，无论我们是用手一碰，还是给它施加点压力，它们就能乖乖地输出电流，太神奇了吧！1.1 工作原理说到工作原理，咱们就要提到“压电效应”了。
简单来说，压电效应就是那些陶瓷在受到压缩时，内部的分子结构发生了变动，从而产生电荷。
这种原理就像我们玩橡皮泥，捏捏搓搓后，形状有了变化，当然，压电陶瓷一旦受到力的作用，电流便会流动起来！所以乍一看，这可不是一个传统的电池，但说它是一个“力”的发电机，应该是无可厚非的。
同样，它也能反向运作——当施加电压时，陶瓷会发生微小的形变，变得扭来扭去，宛如小舞者一样，摸起来可是特别有趣哦。
1.2 材料构成说到这里，有人可能会好奇，压电陶瓷到底是什么“做”的呢？实际上，它们一般是由一种叫做钛酸铅或锆钛酸铅的化合物制成的。
这些材料在高温下经过特殊处理，就能形成压电特性。
嘿，这听起来是不是好像科学实验室里那些复杂的步骤？别担心，这只是为我们赠送了这些神奇小玩意的“开机”密码！而且，压电陶瓷的种类也很多，像是单晶压电材料、陶瓷复合材料等等，各种各样的人才齐上阵，因为不同的应用需求，各有所长嘛。
2. 压电陶瓷的应用说完了原理，咱们再聊聊这些压电陶瓷到底能在哪儿派上用场。
其实，咱们的日常生活中，很多地方都藏着它们的身影哦。
比如说——声纳和麦克风，这些小玩意能把声波转化成电信号，或者把电信号转化为声波，而其中的关键材料就是压电陶瓷。
是不是感觉涨知识了呢？此外，在医疗器械中，超声波诊断仪也是用得上压电陶瓷，通过振动产生声波图像，助医生“大显神通”呢！2.1 家庭中的应用你还知道吗，在咱们的家庭中，压电陶瓷其实也贡献了不少力量呢！比如常见的点火器，尤其是在烧烤的时候，叮的一声，火就起来了，这可全靠压电陶瓷的的“点石成金”之功。
压电陶瓷材料及其应用分析
PZ
PT
在常规制作的陶瓷中，准同型相界并不是一个非常 明确的成分分界线，而是具有一定宽度成分比范围 内的相重叠区，在此成分比的区段内，陶瓷体内各 晶粒之间或在同一晶粒之内可以同时存在四方相和 三方相，这表明在此状态
下，四方相与三方相之间
168 109 0.315 0.560
d 31 d 33
10-12C/N 10-3Vm/N g/cm3
Kp K31 K33
g31 g33 ρ
Di d ij ( ) — —压电系数 Xj Ei Gij ( ) — —压电系数 Xj
dn d33 2d31
为等静压压电系数
以Pb取代Ba，可使居里点提高，第二相转变点下降，使 两转变点温度区间扩大。在此温度区间内各压电参数的热稳 定性有所提高，且压电效应增大，晶格畸变大，矫顽电场增 加。 若以Ca取代Ba，虽然居里点没有明显变化，但第二相转 变点也降低，并提高了压电、介电及弹性参数的热稳定性， 减少了介电损耗。 下图分别表示了Pb、Ca改性后，陶瓷的压电系数与温度 的关系。
6.2 铁电压电材料
本章重点介绍压电陶瓷及其应用，而作为压电材料
应用的大多属铁电体，通常在介绍材料时会将铁电压
电材料归为一类。
前面我们已介绍的铁电压电材料以钙钛矿型结构为主，
实际上，自 1944 年发现压电性以来，人们对铁电压电
体的研究就从未间断，并从对晶体的研究转向了对陶瓷
的研究中。
与晶体相比，压电陶瓷具有制造容易，可做成各种 形状，可任意选择极化轴方向，易于改变瓷料组分 而得到不同性能的陶瓷材料，成本低，适用于大批 量生产，但稳定性、一致性和精度方面没有单晶好。
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
压电陶瓷及其应用
5.2 压电陶瓷材料
压电陶瓷的晶体结构： 1. 钙钛矿结构 2. 钨青铜型结构 3. 铌酸锂型结构 4. 铋层状结构
5.2 压电陶瓷材料
1. 钙钛矿结构
ABO3： A：＋1,＋2,＋3
Na＋，K＋，Ba2+，La3+ B：＋5,＋4,＋3
Nb5+,Ti4+，Fe3+
2. 钨青铜型结构
超声设备
超声波加工装置及原理录象
录象 单相驱动超声旋转马达
超声波探伤
超声波探伤 是目前应用十分 广泛的无损探伤 手段。它既可检 测材料表面的缺 陷，又可检测内 部几米深的缺陷， 这是x光探伤所达 不到的深度。
裂纹
A型超声探伤 反射波形
A型超声波探伤
工件 缺陷 起始波 缺陷反射波 底波
（3）压电聚合物
聚二氟乙烯（PVF2）是目前发现的压电效应较强 的聚合物薄膜，这种合成高分子薄膜就其对称性来看， 不存在压电效应，但是它们具有“平面锯齿”结构，存 在抵消不了的偶极子。经延展和拉伸后可以使分子链轴 成规则排列，并在与分子轴垂直方向上产生自发极化偶 极子。当在膜厚方向加直流高压电场极化后，就可以成 为具有压电性能的高分子薄膜。这种薄膜有可挠性，并 容易制成大面积压电元件。这种元件耐冲击、不易破碎 、稳定性好、频带宽。为提高其压电性能还可以掺入压 电陶瓷粉末，制成混合复合材料(PVF2—PZT)。
密歇根理工大学机械工程师Jonathan Granstrom和Joel Feenstra、亚利桑那州立 大学的Henry Sodano和NanoSonic公司的Kevin Farinholt在最近一期的《巧妙材 料和结构》杂志上发表了文章，介绍了他们在能量获得方面的最新创新成果—— 一款利用压电材料制成的通过背带产生能量，为便携式的电子设备充电的背包。
特种陶瓷 课件 6.3 压电陶瓷(2009.11.13)
本课件将介绍压电效应的基本概念，压电陶瓷的结构与特性，应用领域以及 制备方法，性能测试，优势与不足，最后做个结论和总结。
压电效应的基本概念
压电效应是指某些材料在受到机械应力或变形时，会在其表面上产生电荷极性的变化，即在这些材料上会产生 电荷分布不均匀的现象。
晶体结构
良好的压电陶瓷材料晶体结构通 常为簇状，有助于产生良好的压 电效应。
压电系数
良好的压电材料应具有较大的压 电系数，以最大限度地提高其效 率。
反压电效应
压电陶瓷还可能发生反压电效应， 即当给陶瓷施加电场时，会发生 整体变形。
压电陶瓷的结构与特性
构造
压电陶瓷通常由钛酸钡等化 合物制成，具有簇状晶体结 构，能产生压电效应。
特性
压电陶瓷材料提供了一种将 电信号转换为机械位移、力 或压力的方法，广泛应用于 传感器、电机、振荡器、压 电石英等领域。
压电陶瓷的性能测试
1 压电系数测试
通过测试陶瓷的压电系数，来评估其压电效应的强度和质量。
2 介电常数测试
介电常数反映了材料在电场作用下所表现出来的性质，可以通过介电常数对材料进行性 能测试。
3 熔点测试
熔点是指压电陶瓷在高温下的熔化温度，常用来评估材料的耐高温性能。
压电陶瓷的优势与不足
优势
• 压电材料可以将电能转换为机械位移 • 具有压电共振频率稳定的特性 • 可加工为不同形状，满足不同需求
用途
由波振荡器、压电换能器、 压电马达、压电陶瓷电容器 等领域。
压电陶瓷的应用领域
传感器
计时器
超声波产生器
压电陶瓷传感器可用于测量气体、 温度、压力等参数，被广泛用于 制造自动化设备。
压电陶瓷的一种形式是压电石英， 可用于计时器、电子钟、电子计 算机和电子定时器，精度高。
压电陶瓷材料及应用
压电陶瓷材料及应⽤压电陶瓷材料及应⽤⼀、概述1.1电介质电介质材料的研究与发展成为⼀个⼯业领域和学科领域，是在20世纪随着电⽓⼯业的发展⽽形成的。
国际上电介质学科是在20世纪20年代⾄30年代形成的，具有标志性的事件是：电⽓及电⼦⼯程师学会（IEEE）在1920年开始召开国际绝缘介质会议，以后⼜建⽴了相应的分会（IEEE Dielectric and Electrical Insulation Society）。
美国MIT建⽴了以Hippel教授为⾸的绝缘研究室。
苏联列宁格勒⼯学院建⽴了电⽓绝缘与电缆技术专业，莫斯科⼯学院建⽴了电介质与半导体专业。
特别是德国德拜教授在20世纪30年代由于研究了电介质的极化和损耗特性与其分⼦结构关系获得了诺贝尔奖，奠定了电介质物理学科的基础。
随着电器和电⼦⼯程的发展，形成了研究电介质极化、损耗、电导、击穿为中⼼内容的电介质物理学科。
我国电介质领域的发展是在1952年第⼀个五年计划制定和实⾏以来，电⼒⼯业和相应的电⼯制造业得到迅速发展，这些校、院、所、⾸先在我国开展了有关电介质特性的研究和⼈才的培养，并开出了“电介质物理”、“电介质化学”等关键专业课程，西安交⼤于上海交⼤、哈尔滨⼯⼤等院校⼀道为我国培养了数千名绝缘电介质专业⼈才，促进了我国⼯程电介质的发展。
80年代初中国电⼯技术学会⼜建⽴了⼯程电介质专业委员会。
近年来，随着电⼦技术、空间技术、激光技术、计算机技术等新技术的兴起以及基础理论和测试技术的发展，⼈们创造各种性能的功能陶瓷介质。
主要有：（1）、电⼦功能陶瓷如⾼温⾼压绝缘陶瓷、⾼导热绝缘陶瓷、低热膨胀陶瓷、半导体陶瓷、超导陶瓷、导电陶瓷等。
（2）、化学功能陶瓷如各种传感器、化学泵等。
（3）、电光陶瓷和光学陶瓷如铁电、压电、热电陶瓷、透光陶瓷、光⾊陶瓷、玻璃光纤等。
（电介质物理——邓宏）功能陶瓷作为信息时代的⽀柱材料，以其独特的⼒、热、电、磁、光以及声学等功能性质，在各类信息的检测、转换、处理和存储中具有⼴泛的应⽤，是⼀类重要的、国际竞争极为激烈的⾼技术材料。
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。
压电陶瓷基本知识培训材料
机械品质因数
反映压电陶瓷在振动过程 中能量损耗的大小，影响 压电器件的工作效率。
化学稳定性及耐腐蚀性
化学稳定性
压电陶瓷在常温下具有良 好的化学稳定性，不易与 酸碱等化学物质发生反应。
耐腐蚀性
压电陶瓷能够抵抗一定程 度的腐蚀，但在强酸强碱 等极端环境下可能会受到 损坏。
温度稳定性
在一定温度范围内，压电 陶瓷的性能保持稳定，超 出该范围可能会导致性能 下降。
技术水平
国内压电陶瓷技术水平不断提升，部分产品性能已接近或 达到国际先进水平，但高端产品研发和生产能力仍有差距。
产业链完整性
国内压电陶瓷产业链相对完整，涵盖了原料、生产设备、 产品研发、生产及应用等环节，但部分关键原材料和高端 生产设备仍依赖进口。
政策法规影响因素分析
产业政策
国家出台了一系列支持新材料产业发展的政策，为压电陶瓷产业 提供了良好的政策环境。
换能器领域
压电陶瓷可将电能转换为声能或机 械能，用于制作扬声器、超声换能 器等音频设备，以及超声清洗、超 声焊接等工业应用。
市场需求及前景
市场需求
随着智能化、自动化技术的不断发展，压电陶瓷在传感器、 驱动器等领域的需求不断增长。同时，新能源、环保等领域 的快速发展也为压电陶瓷的应用提供了新的机遇。
成型设备包括压力机、注浆机、流延机等，用于将原料加工成所需形状的坯体。
烧结过程控制要点
温度控制
精确控制烧结温度，避免温度过 高或过低导致陶瓷性能下降。
气氛控制
根据陶瓷材料特性，选择合适的 烧结气氛，如空气、氧气或还原
气氛等。
时间控制
控制烧结时间，确保陶瓷坯体充 分致密化，同时避免过度烧结导
致性能劣化。
压电陶瓷及其应用
压电瓷及其应用一. 概述压电瓷是一种具有压电效应的多晶体，由于它的生产工艺与瓷的生产工艺相似〔原料粉碎、成型、高温烧结〕因而得名。
*些各向异性的晶体，在机械力作用下，产生形变，使带电粒子发生相对位移，从而在晶体外表出现正负束缚电荷，这种现象称为压电效应。
晶体的这种性质称为压电性。
压电性是J·居里和P·居里兄弟于1880年发现的。
几个月后他们又用实验验证了逆压电效应、即给晶体施加电压时，晶体会产生几何形变。
1940年以前，只知道有两类铁电体〔在*温度围不仅具有自发极化，而且自发极化强度的发向能因外场强作用而重新取向的晶体〕：一类是罗息盐和*些关系密切的酒石酸盐；一类是磷酸二氢钾盐和它的同品型物。
前者在常温下有压电性，技术上有使用价值，但有易溶解的缺点；后者要在低温〔低于—14 C〕下才有压电性，工程使用价值不大。
1942-1945年间发现钛酸钡〔BaTiO〕具有异常高的介电常数，不久又发现它具有压电性，BaTi O压电瓷的发现是压电材料的一个飞跃。
这以前只有压电单晶材料，此后出现了压电多晶材料——压电瓷，并获得广泛应用。
1947年美国用BaTiO瓷制造留声机用拾音器，日本比美国晚用两年。
BaTiO存在压电性比罗息盐弱和压电性随温度变化比石英晶体大的缺点。
1954年美国B·贾菲等人发现了压电PbZrO -PbTiO(PZT)固溶体系统，这是一个划时代大事，使在BaTiO时代不能制作的器件成为可能。
此后又研制出PLZT透明压电瓷，使压电瓷的应用扩展到光学领域。
迄今，压电瓷的应用，上至宇宙开发，下至家庭生活极其广泛。
我国对压电瓷的研究始于五十年代末期，比国外晚10年左右，目前在压电瓷的试制、工业生产等方面都已有相当雄厚力量，有不少材料已到达或接近国际水平。
二. 压电瓷压电性的物理机制压电瓷是一种多晶体，它的压电性可由晶体的压电性来解释，晶体在机械力作用下，总的电偶极矩〔极化〕发生变化，从而呈现压电现象、因此压电性与极化，形变等有密切关系。