换能器材料

磁致伸缩式换能器的材料
常用于磁致伸缩式换能器的材料有金属镍、金属钴、铁钴合金、铁镍合金、镍铁氧体、镍锌 铁氧体、镍铜铁氧体等。
磁致伸缩式换能器的应用
磁致伸缩式换能器主要用于低频大功率的场合， 这与其频率受限制和受磁性材料特性参数限 制的因素有关，它特别是在功率超声应用领域中有着广泛应用，其特点主要是机械强度高， 性能稳定，水密要求低（不会水解）。但是，它的涡流和磁滞损耗较大，电声转换效率不如 压电式换能器，而且通常需要有较大的激励电能以用于大功率场合。 需要注意的是，在施以交变磁场时，由于趋肤效应的影响会使透入深度受到限制，因此这种 磁致伸缩效应所波及的范围仅限于材料表面。 在产生超声波时， 超声波的强弱取决于材料表 层交变磁场的强度，此外，传声介质与材料表面接触的紧密程度（声耦合）也极为重要。 压电陶瓷换能器的制造是经过配料、烧结、机械加工、表面金属化、用直流电场进行极化处 理而得到。 压电陶瓷的物理化学和压电特性为适合特殊的应用可以通过设计相应的压电陶瓷 材料配方并辅以一定的工艺技术而实现。 压电陶瓷换能器的特点是：致密度高、机械强度高、加工容易、适合大批量生产。经过一 些容易实现的加工手段就可制成任何给定的形状和几何尺寸。 它们的化学特性不活泼， 不易 受化学腐蚀，不受湿气和其他恶劣气候条件的影响。此外，这些陶瓷的机械定向和电学定向 可与陶瓷的形状确定取向。这些定向是极化过程中定下来的，该过程使陶瓷出现压电特性。 直流极化场的方向决定了机械和电学定向的方向。 对极化后的压电陶瓷换能器可在各个方向 或组合方向上展现压电响应特性。
磁致伸缩的状态介绍
根据磁致伸缩的变化状态，可以分为： [1]线型磁致伸缩：在发生应变时，材料的体积不变，但在长度方向上伸缩变化的程度大， 这是磁致伸缩式换能器主要应用的类型。但是，它只能在居里温度以下的情况发生，若温度 超过居里点后将只能存在体积型磁致伸缩。 [2]体积型磁致伸缩：在发生应变时，材料的体积也会发生变化。
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老化:压电陶瓷在经过极化上电极是暂时加热到高温或较大扰动后，其参数随时间变化 而变化称老化 居里点：压电陶瓷的性能随温度变化，温度超过某一温度时，压电性能会完全消失。 电退极化：在压电陶瓷上加与原来极化电场相反的强电场，将引起退极化， 抗张强度：抗张强度《抗压强度 压电陶瓷是一种重要的功能材料具有优异的压电、 介电和光电等电学性能， 被广泛应用压 电陶瓷换能器的特点是：致密度高、机械强度高、加工容易、适合大批量生产。经过一些容 易实现的加工手段就可制成任何给定的形状和几何尺寸。 它们的化学特性不活泼， 不易受化 学腐蚀，不受湿气和其他恶劣气候条件的影响。此外，这些陶瓷的机械定向和电学定向可与 陶瓷的形状确定取向。这些定向是极化过程中定下来的，该过程使陶瓷出现压电特性。直流 极化场的方向决定了机械和电学定向的方向。 对极化后的压电陶瓷换能器可在各个方向或组 合方向上展现压电响应特性。
磁致伸缩式换能器的原理
当有外加磁场作用时， 由于这种磁畴将发生转动， 使其磁化方向尽量与外磁场方向趋于一致， 从而使该材料沿外磁场方向的长度将发生变化，表现为弹性应变（当然，这种变形引起的应
变是很小的，约在 10-5~10-6 之间） 。这种现象即是磁致伸缩效应。相反，具有磁致伸缩 效应的材料在经受外加应力或应变时，其磁化强度也会发生改变，此即为逆磁致伸缩效应。 这样，在对磁致伸缩材料施以交变磁场时，该材料将沿磁力线方向发生磁致形变，从而 可以在与它表面紧密接触的介质中激发出机械振动波-超声波。同样，利用逆磁致伸缩效应 则可达到接收超声波的目的：施加到磁致伸缩材料上的应变（弹性应力-超声波作用力）将 使处在外加磁场中的该材料其磁场的磁通密度发生变化（此即所谓磁弹性效应），从而使位 于该材料表面上的检测线圈中将因磁通密度变化而产生感应电势， 可以用作磁弹性效应的信 号， 达到接收超声波的效果 （注意磁场方向应和应力方向-超声波产生的质点振动方向一致） 。
换能器材料及应用
换能器材料大致分为压电材料、磁致伸缩材料、单晶体材料、复合材料。我从这四个方面 大致介绍这四类材料概况。 首先是压电材料，压电材料又可以分为无机压电材料、有机压电材料、复合压电材料。
1 无机压电材料压 压电陶瓷：优点是压电性强、介电常数高，适用于大功率宽滤波器。缺点机 械品质因子较低，稳定性差。 压电晶体：优点是稳定性高，缺点是介电常数低，受切型限制存在尺寸局限。 2 有机压电材料 （PUDF）薄膜，优点是柔韧、低密度、低阻抗、高压电电压常数。 3 复合压电材料 具有高的静水压响应速率，耐冲击不易受损。 压电陶瓷属于钙钛矿结构（CaTiO3 ）。锆钛酸铅简称 PZT，特点：压电性能 优异、居里点高 300-4000 、稳定性能好，机械强度大、化学惰性、制作方便、 可改变化学成分、添加杂质适合各种需求。 ������������������������ (发射型) 低机械损耗和介电损耗，大的交流退化场介电常数，机电耦合系数高，压电 常数适合强电场，大振幅激励，用做发射。 ������������������������ (接收型) 高耦合系数、压电应变常数，优异的时间稳定性。 ������������������������ (大功率发射型) 高抗张强度和稳定性，高机械 Q 值，适合大振幅激励。 压电陶瓷的性能