压电陶瓷的测试 -
压电陶瓷片的原理及特性试验
压电陶瓷片的原理及特性试验
极化压电陶瓷片是一种由极化压电陶瓷制成的特殊功能晶体片，具有
优越的振动、放电和电磁屏蔽特性，在各种振动噪声、主被动设备中
有广泛的应用。
一、极化压电陶瓷片的原理
极化压电陶瓷片的原理是：将极化压电陶瓷放置在一定的电场作用下，当外加振动时，它会产生两类变形：即按照电场方向的拉伸变形和横
向剪切变形。
前者产生位移电势，后者产生垂直变形电位，使极化压
电陶瓷得以工作。
二、极化压电陶瓷片的特性试验
1.快速响应特性
极化压电陶瓷片具有快速响应特性，激振后能够迅速响应，具有良好
的冲击特性，可以将外界振动信号快速转换为能量信号。
2.良好的振动特性
极化压电陶瓷片具有良好的振动特性，能克服振动不均匀性，除去不
需要的振动幅度和频率，进而也减弱相应的噪音。
3.良好的电磁屏蔽特性
极化压电陶瓷片在紊乱的电磁环境中仍能有效屏蔽被干扰，具有良好的等效电阻，能将电磁波转换为热能，使被干扰信号受到有效屏蔽。
4.性能稳定
极化压电陶瓷片具有横向剪切室高灵敏度和高稳定度，其中包括拉伸灵敏度和熔化频率的稳定性。
5.容易分离及复原
极化压电陶瓷片容易分离，不会发生损坏，可以进行快速和高效的组装，同时更替的也非常的简单方便。
压电陶瓷性能实验报告
一、实验目的1. 了解压电陶瓷的基本性能、结构、用途、制备方法。
2. 掌握压电陶瓷常见的表征方法及检测手段。
3. 通过实验，掌握压电陶瓷的性能测试方法，并对实验数据进行处理和分析。
二、实验原理压电陶瓷是一种具有压电效应的陶瓷材料，当受到外力作用时，会在其表面产生电荷；反之，当施加电场时，压电陶瓷会产生形变。
压电陶瓷的性能主要包括压电系数、介电常数、损耗角正切、机械品质因数等。
三、实验材料与仪器1. 实验材料：压电陶瓷样品2. 实验仪器：（1）电容测微仪（2）机械标定仪（3）直流电源（4）扫描隧道显微镜（5）谐振法测定仪（6）准静态法测定仪四、实验步骤1. 样品准备：将压电陶瓷样品清洗干净，并用无水乙醇进行脱脂处理。
2. 压电陶瓷性能测试：（1）电容测微仪测试：将压电陶瓷样品固定在电容测微仪上，通过改变直流电压，观察样品的轴向变形和弯曲变形。
（2）谐振法测定：将压电陶瓷样品固定在谐振法测定仪上，测量样品的频率响应曲线和压电耦合系数。
（3）准静态法测定：将压电陶瓷样品固定在准静态法测定仪上，测量样品的压电常数d33。
3. 数据处理与分析：将实验数据输入计算机，进行数据处理和分析，得出压电陶瓷的性能参数。
五、实验结果与分析1. 电容测微仪测试结果：通过电容测微仪测试，得出压电陶瓷样品的轴向变形和弯曲变形与电压的关系曲线。
根据曲线，计算出样品的压电系数。
2. 谐振法测定结果：通过谐振法测定，得出压电陶瓷样品的频率响应曲线和压电耦合系数。
根据曲线，计算出样品的介电常数和损耗角正切。
3. 准静态法测定结果：通过准静态法测定，得出压电陶瓷样品的压电常数d33。
根据测定结果，分析样品的压电性能。
六、实验结论1. 压电陶瓷样品具有良好的压电性能，满足实验要求。
2. 实验过程中，通过电容测微仪、谐振法测定和准静态法测定，分别获得了压电陶瓷样品的轴向变形、弯曲变形、频率响应曲线、压电耦合系数、介电常数、损耗角正切和压电常数等性能参数。
压电陶瓷压力与应电压曲线测试分析
5、根据实验数据，计算压电陶瓷片的压电常数等参数。
参考内容二
引言
压电陶瓷是一种具有特殊电学性质的陶瓷材料，具有广泛的应用前景，如超 声波探测、医学成像、传感测量等领域。为了更好地发挥压电陶瓷的特性，本次 演示将对压电陶瓷的特性进行详细分析，并通过实验测试探究其性能表现。
实验测试
为了验证压电陶瓷的特性，我们设计了一系列实验测试。首先，我们选取了 一种常见的压电陶瓷材料，按照一定比例制备成试样。接着，我们对试样进行了 静电力学测试，以评估其压电性能。实验过程中，我们将试样置于应变模式下， 通过调节电压，观察试样的形变情况。同时，我们用万用表测量了试样的电阻值， 以评估其绝缘性能。
背景
压电陶瓷是一种可产生压电效应的陶瓷材料。压电效应是指材料在受到机械 应力作用时，会产生电荷，形成电场；或者在电场作用下，会产生机械形变。压 电陶瓷的这种特性使得它成为一种重要的电子材料，可用于各种能量转换和传感 应用。
特性分析
1、特点
压电陶瓷具有许多特点，如高灵敏度、高分辨率、低噪声等。这些特点使得 压电陶瓷在许多领域中具有独特的应用优势。此外，压电陶瓷的响应时间快、温 度稳定性好，可适用于各种复杂环境。
3、通过对比不同温度下的测试结果，发现温度对压电陶瓷材料的压电性能 也有一定影响，高温条件下材料的压电性能会有所提高。
4、在相同压力下，材料的应电压会随着温度的升高而降低，这可能是由于 高温下材料的热膨胀系数发生变化所致。
参考内容
引言
压电陶瓷片是一种具有压电特性的无机非金属材料，具有优异的机电耦合性 能和频率稳定性。压电陶瓷片的压电特性是指其在受到机械应力时会产生电场， 反之，在电场作用下会产生机械形变。这种特性被广泛应用于超声波换能器、振 动传感器、音频设备等众多领域。本次演示将介绍一种测试与分析压电陶瓷片压 电特性的方法，以期为相关领域的研究与应用提供参考。
压电陶瓷测试方法国标
压电陶瓷测试方法国标压电陶瓷是一种可以产生电荷和电势差的材料，具有压电效应。
为了保证压电陶瓷产品质量的准确性和可靠性，需要进行一系列测试。
以下是压电陶瓷测试的国际标准方法。
1.电感测量法电感测量法用于测量压电陶瓷元件的电感值。
测试时，将元件连接到测试电路中，以确保电感的准确测量。
在测试过程中，应注意保持环境恒温，并校准测试仪器。
2.动态机械特性测试动态机械特性测试用于评估压电陶瓷材料的机械性能。
测试方法包括材料的疲劳寿命测试、应变-力测试、失效测试等。
通过这些测试，可以评估材料的稳定性和可靠性。
3.压电常数测试压电常数是一个重要的参数，用于描述压电陶瓷材料的压电效应。
测试方法包括绝对压电常数和相对压电常数的测量。
测试时需要使用压电测试仪器，并进行准确校准。
4.电压系数测试电压系数是衡量压电陶瓷材料在电压变化下的应变变化的参数。
测试方法包括压电陶瓷材料在不同电压下的应变测量。
测试时，需要使用电压测试仪器，并进行准确校准。
5.热稳定性测试热稳定性测试用于评估压电陶瓷材料在高温环境下的性能。
测试方法包括高温膨胀系数的测量、热导率测试等。
通过这些测试，可以评估材料在不同温度范围内的性能稳定性。
6.密度测量密度测量是评估压电陶瓷材料质量的重要指标。
测试方法包括大小排列法、水排除法、放射射线法等。
测试时，需要选择适当的方法，并使用准确的仪器进行测量。
7.表面形貌测试表面形貌测试用于评估压电陶瓷材料的表面质量和形态。
测试方法包括光学显微镜、扫描电子显微镜等。
通过这些测试，可以评估材料的表面光滑度和微观结构。
以上是压电陶瓷测试的国际标准方法。
这些测试方法可以帮助生产厂家确保产品质量的可靠性和一致性，以满足市场需求和客户需求。
材料测试方法举例——压电陶瓷
材料测试方法举例——压电陶瓷压电陶瓷是一种能够产生压电效应的陶瓷材料，具有压电、电致伸缩和压电声发射等特性。
为了评估压电陶瓷的性能和质量，需要进行一系列的材料测试方法。
下面是针对压电陶瓷的几种常用测试方法举例，供参考。
1.压电常数测试：压电常数是评价压电陶瓷的重要指标之一，用于描述材料对外力作用下电荷产生的比例关系。
测试之前，首先需将压电陶瓷样品制成规定的尺寸，然后通过设备施加压力，测量在不同压力下的电荷大小，进而计算压电常数。
常用的测试方法包括电荷常数法、弯曲法和悬臂梁法等。
2.电机械耦合系数测试：电机械耦合系数是反映压电陶瓷在电场作用下的振动和机械功率输出之间关系的指标。
测试时，将压电陶瓷样品固定在振动台上，通过施加电压激励材料振动，测量振动的频率和幅值，然后计算电机械耦合系数。
3.管路声发射测试：压电陶瓷可以应用于声发射传感器，用于检测管路中的泄漏或其他故障。
测试时，将压电陶瓷传感器安装在管路上，并进行正常运行的测试过程。
通过监测传感器产生的压电信号变化，可以识别管路中是否存在泄漏或故障。
4.微观结构分析：压电陶瓷的微观结构对其性能具有重要影响，因此需要进行微观结构分析。
常用的方法包括扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）和X射线衍射（XRD）等。
通过这些技术，可以观察到材料的晶粒结构、晶格畸变和缺陷等信息，从而评估材料的质量和性能。
5.稳态和瞬态性能测试：为了确定压电陶瓷的稳态和瞬态性能，需要进行相应的测试。
稳态性能测试主要包括电压-位移曲线测试和电压-电荷曲线测试，通过施加不同的电压并测量相应的位移或电荷，来评估材料对电场刺激的响应。
瞬态性能测试主要包括步进响应测试和冲击响应测试，通过输入瞬态电压或冲击信号，测量材料的响应时间和能量转换效率。
上述仅是压电陶瓷测试方法的一小部分举例，实际测试方法应根据具体应用和需求进行选择和设计。
测试方法的选取应考虑准确性、重复性、可靠性和可操作性等因素，以确保对压电陶瓷材料进行准确全面的评估。
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。
压电陶瓷电特性测试与分析
通过该测试可以确定0.12 mm厚度样品的fm1=8.6 kHz，fn1=8.9 kHz，0.15 mm厚度样品的谐振频率为fm2=5.9 kHz，fn2=6.2 kHz。与厂家所给标称频率9 kHz和6 kHz相比较，标称频率更接近fn。
此外，通过对比谐振频率点与厂家所标识的频率，发现所标识的频率应该是其谐振频率，只是与实际测试值存在偏差，符合行业标准SJ/T10709-1996（压电陶瓷蜂鸣片总规范）中谐振频率标识的要求，但是对于标准中关于材料、结构、电极形状等参数，厂家却并没有按标准所要求的格式标识出来。
2.2 串、并联连接测试
为了保护生态环境，欧盟成员国已规定自2006年7月1日起，所有在欧盟市场上出售的电子电气产品设备全部禁止使用铅、水银、镉、六价铬等物质。我国对生态环境的保护也是相当重视的。因此，近年来对无铅压电陶瓷进行了重点发展和开发。但无铅压电陶瓷性能相对于PZT陶瓷来说，总体性能还是不足以与PZT陶瓷相比。因此，当前乃至今后一段时间内压电陶瓷首选仍将是以PZT为基的陶瓷。
图3 ?压电振子的阻抗|Z|与频率的关系
使用HP公司E4980A CLR测试仪分别对标称频率为9 kHz的总厚度0.12 mm尺寸样品5只和标称频率为6 kHz的总厚度0.15 mm尺寸的样品5只进行扫频测量。找出阻抗最小和最大时的频率点fm、fn，按标准GB/T 6427-1999中的测量方法：使试样的阻抗最小，此时频率为谐振频率fr，见图4。
压电陶瓷蜂鸣片由一块两面印刷有电极的压电陶瓷板和一块金属板（黄铜或不锈钢等）组成。当在压电振动板的两个电极间施加直流电压时，由于逆压电效应，导致金属片机械变形。因此，当交流电压穿过电极时，金属片弯曲就会交替重复发生，从而在空气中产生声波，如图1。
压电陶瓷片的功能和检测方法
压电陶瓷片的功能和检测方法
压电陶瓷片是一种结构简单、轻巧的电声器件，因具有灵敏度高、无磁场散播外溢、不用铜线和磁铁、成本低，耗电少、修理方便、便于大量生产等优点而获得了广泛应用。
适合超声波和次声波的发射和接收，比较大面积的压电陶瓷片还可以运用检测压力和振动，工作原理是利用压电效应的可逆性，在其上施加音频电压，就可产生机械振动，从而发出声音。
如果不断对压电陶瓷片施加压力它还会产生电压和电流。
其质量的测试方法如下：
第一种方法：将万用表的量程开关拨到直流电压2.5V挡，左手拇指与食指轻轻捏住压电陶瓷片的两面，右手持万用表的表笔，红表笔接金属片，黑表笔横放陶瓷表面上，然后左手稍用力压一下，随后又松一下，这样在压电陶瓷片上产生两个极性相反的电压信号，使万用表的指针先向右摆，接着回零，随后向左摆一下，摆幅约为0.1一0.15V，摆幅越大，说明灵敏度越高。
若万用表指针静止不动，说明内部漏电或破损。
切记不可用湿手捏压电片，测试时万用表不可用交流电压挡，否则观察不到指针摆动，且测试之前最好用R×10k挡，测其绝缘电阻应为无穷大。
第二种方法：用R×10k挡测两极电阻，正常时应为∞,然后轻轻敲击陶瓷片，指针应略微摆动。
压电陶瓷材料应变测试方法
压电陶瓷材料应变测试方法引言：压电陶瓷材料是一类具有压电效应的特殊材料，其在受到外力作用时能够产生电荷分离现象，从而产生应变。
为了准确测量压电陶瓷材料的应变，科学家们开发了多种测试方法。
本文将介绍几种常用的压电陶瓷材料应变测试方法。
一、电容法电容法是一种常用的测量压电陶瓷材料应变的方法。
该方法利用压电陶瓷材料在受到外力作用时会产生电荷分离的特性，通过测量电容的变化来间接测量应变。
具体操作时，将压电陶瓷材料作为电容器的一部分，当外力作用于材料时，电容器的电容值会发生变化，通过测量电容值的变化可以计算出应变的大小。
二、光栅法光栅法是一种基于光学原理的测量压电陶瓷材料应变的方法。
该方法利用光栅的干涉原理，通过测量光栅的位移来间接测量应变。
具体操作时，将光栅固定在压电陶瓷材料表面，当外力作用于材料时，材料表面会发生微小的位移，通过测量光栅的位移可以计算出应变的大小。
三、应变片法应变片法是一种直接测量压电陶瓷材料应变的方法。
该方法利用应变片的特性，通过测量应变片的形变来直接测量应变。
具体操作时，将应变片粘贴在压电陶瓷材料表面，当外力作用于材料时，应变片会发生形变，通过测量应变片的形变可以得到应变的大小。
四、声发射法声发射法是一种利用声波传播特性测量压电陶瓷材料应变的方法。
该方法通过测量材料在受到外力作用时产生的声波信号来间接测量应变。
具体操作时，将压电陶瓷材料固定在测试装置上，施加外力后，材料会产生声波信号，通过测量声波信号的特征参数可以计算出应变的大小。
五、综合应变测试方法为了提高测量的准确性和可靠性，科学家们常常采用综合应变测试方法。
综合应变测试方法是将多种测量方法结合起来，通过对比和校准来提高测量结果的准确性。
例如，可以同时采用电容法和应变片法进行测量，通过对比两种方法的结果来验证测量的准确性。
结论：压电陶瓷材料应变测试是研究和应用压电陶瓷材料的重要手段。
电容法、光栅法、应变片法和声发射法是常用的测试方法，每种方法都有其特点和适用范围。
压电陶瓷静态电容测试方法
压电陶瓷静态电容测试方法
压电陶瓷的静态电容测试方法：一种专业且精准的测量过程
对于压电陶瓷这种重要的电子材料，准确测量其静态电容值是至关重要的。
这不仅关乎到材料性能的评价，更直接影响到使用压电陶瓷的设备或系统的性能。
因此，我们需要一种专业且精准的测试方法。
首先，我们需要一种专业的测量设备——LCR数字电桥。
这种电桥可以准确地测量电感(L)、电容(C)和电阻(R)的参数。
使用这种设备，我们可以将压电陶瓷置于两个铜片之间，通过电桥电缆连接这两个铜片，从而形成一个电容。
在测试过程中，我们需要注意一些细节。
首先，为了减少测量误差，我们需要设计一个专用的夹具来放置压电陶瓷。
这个夹具应该能够稳定地固定压电陶瓷，同时保证两个铜片与压电陶瓷的电极接触良好。
其次，我们需要选择适当的测量频率和电压，以确保测量的准确性。
当我们使用LCR数字电桥进行测量时，初始的电容值可能会跳动不稳定。
这是由于压电陶瓷的内部结构复杂，其电容值受到多种因素的影响。
为了获得更准确的测量结果，我们需要等待一段时间，直到数值跳动频率变小，最终数值趋于稳定。
此时读取的电容值即为压电陶瓷的静态电容值。
通过这种方法，我们可以获得压电陶瓷准确的静态电容值。
这不仅有助于我们了解材料的性能，还可以为进一步的研究和应用提供有价值的数据。
1。
压电陶瓷的极化原理和测试方法
压电陶瓷的极化原理和测试方法说实话压电陶瓷的极化原理和测试方法这事儿，我一开始也是瞎摸索。
我先来说极化原理吧。
我就感觉这个极化啊，就像是给一群不听话的小粒子排个队一样。
压电陶瓷里面呢有很多小晶粒，这些小晶粒里面又有自发极化的电畴。
在没有极化之前啊，这些电畴的方向是乱七八糟的。
当我们施加一个很强的电场的时候，就好像用一个大棒子指挥这些调皮的电畴，让它们尽可能朝着电场的方向排列。
我试了好多遍才渐渐有点感觉。
刚开始我都不确定电场要加到多大，我就一点点试。
比如说我从一个比较小的电场开始加，发现根本没什么效果，那些电畴就跟没听见指挥似的。
然后我就慢慢增大电场，但是增大到一定程度后，我又不敢加太大了，就怕把陶瓷给弄坏了。
后来看了好多资料才知道不同类型的压电陶瓷能够承受的最大电场是有一个范围的，这个一定要注意。
咱再说说测试方法。
我试过用电桥来测试压电陶瓷的一些电学性质。
这就好比是给陶瓷做个体检，让电桥这个“大夫”去测量它的电阻或者电容之类的东西。
但是一开始我总是接错线，那测量结果完全就是乱七八糟的。
经过好多次尝试才知道哪根线该接哪里。
还有就是测试压电系数的时候，我一开始就按照书上写的步骤，但怎么测出来的值都不太对。
我当时就特别苦恼。
后来我发现原来是我对样品的制备没有做到位。
像是在制备电极的时候，一定要确保电极和陶瓷表面接触良好，就好比给一个人量血压，那袖带得绑紧了才能量准。
在极化的时候还有些小的技巧。
比如说极化的温度也很重要。
我有一次就是在温度控制不好的情况下极化的，结果极化效果特别差。
就好像是给士兵在冷热不定的环境里训练，效率特别低。
还有就是极化之后的陶瓷，要放置一段时间再去测试，让它稳定稳定，这就像刚跑完步要休息下才能准确测量心跳一样。
这就是我在摸索压电陶瓷的极化原理和测试方法过程中的一些经历和心得，希望能给你一些帮助。
这里边还有太多需要探索的地方，我也常常碰到新问题呢。
陶瓷电性能的测定(压电陶瓷d33的测定)-同济大学(精)
ZJ－3AN准静态d33测量仪面板
4、按下“快速模式”，仪器通电预热10分钟后，调 节“调零”旋钮使面板指示在“0”与“－0”之间跳 动，调零即完成，撤掉尼龙片开始测量。调零一律 在“快速模式”下进行。
5、“快速模式”测量即连续测量，被测元件均为极 化后已放置一定时间并已彻底放电后（48小时） 的试样，此时“放电提示”红色发光二极管闪烁， 随时提醒操作人员首先对压电元件放电后再进行 测量，以避免损坏仪器。选择“快速模式”测量， 每更换一个被测元件，表头会迅速显示d33结果及 正负极。
2、静态法：操作比较简单，还能同时测出被测试样的压电常数值 和极性，但对被测试样的形状、尺寸要求也比较苛刻，特别是 由于静态法测量中所施加的作用力较大以及压电材料固有的非 线性现象和热释电效应，造成测量误差较大，测试结果可信度 差。
3、准静态法：保留了动态法和静态法测量的优点，对被测试样形 状尺寸的要求放得很宽（片状、柱状、条状、圆管状、圆环状 甚至是半球壳等各种形状、尺寸的试样均能测量），其实用性 更强。此外还具有测量范围宽，分辨率细，可靠性高，操作简 单快捷等诸多特点。
陶瓷电性能的测定
（压电陶瓷d33的测定）
压电常数d33是压电陶瓷重要的特性参数 之一，它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 或应变和电场或电位移之间的联系，直接反映 了材料机电性能的耦合关系和压电效应的强弱。
一、测试方法：
1、动态法：压电常数精度高，但对被测试样的形状、尺寸有严格 的限制，测量方法也非常烦琐，同时还存在无法测得试样极性 的缺陷；
压电陶瓷材料实验报告
一、实验目的1. 了解压电陶瓷材料的基本特性和应用领域。
2. 掌握压电陶瓷材料的制备方法及性能测试技术。
3. 分析压电陶瓷材料的性能与结构之间的关系。
二、实验原理压电陶瓷材料是一种具有压电效应的无机非金属材料，其基本原理是在外部机械力的作用下，内部产生电荷，从而实现机械能与电能之间的相互转换。
压电陶瓷材料具有高介电常数、高介电损耗、高压电系数等特性，广泛应用于声学、光电子、传感器、驱动器等领域。
三、实验材料与仪器1. 实验材料：PZT（锆钛酸铅）压电陶瓷材料。
2. 实验仪器：（1）高温烧结炉：用于压电陶瓷材料的烧结。
（2）X射线衍射仪（XRD）：用于分析压电陶瓷材料的晶体结构。
（3）扫描电子显微镜（SEM）：用于观察压电陶瓷材料的微观结构。
（4）压电系数测试仪：用于测试压电陶瓷材料的压电系数。
（5）介电性能测试仪：用于测试压电陶瓷材料的介电常数和介电损耗。
四、实验步骤1. 压电陶瓷材料的制备（1）将PZT粉末与适量粘结剂混合，制成浆料。
（2）将浆料涂覆在陶瓷基板上，形成压电陶瓷薄膜。
（3）将压电陶瓷薄膜放入高温烧结炉中，进行烧结，烧结温度为850℃左右，保温时间为2小时。
2. 压电陶瓷材料的性能测试（1）X射线衍射分析：对烧结后的压电陶瓷材料进行XRD分析，确定其晶体结构。
（2）扫描电子显微镜分析：对压电陶瓷材料进行SEM分析，观察其微观结构。
（3）压电系数测试：利用压电系数测试仪测试压电陶瓷材料的压电系数。
（4）介电性能测试：利用介电性能测试仪测试压电陶瓷材料的介电常数和介电损耗。
五、实验结果与分析1. X射线衍射分析（1）通过XRD分析，确定压电陶瓷材料的晶体结构为PZT相。
（2）分析压电陶瓷材料的晶体结构特点，如晶胞参数、晶粒尺寸等。
2. 扫描电子显微镜分析（1）通过SEM分析，观察压电陶瓷材料的微观结构，如晶粒尺寸、晶界、孔隙等。
（2）分析压电陶瓷材料的微观结构对性能的影响。
3. 压电系数测试（1）测试压电陶瓷材料的压电系数，确定其性能。
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能够通过施加电压或应力来产生机械变形，或者通过施加机械压力或应变来产生电荷分离的材料。
在压电陶瓷材料测试中，以下是13个基本参数，用于评估和分析材料的性能和特性。
1.压电系数（Piezoelectric Coefficient）：表示压电陶瓷材料在单位电场下产生的机械应变或单位应变下产生的电荷。
具体包括压电应变系数和压电电荷系数。
2.介电常数（Dielectric Constant）：指材料在外加电场下的电容率。
介电常数决定了材料的电介质性能。
3.机械质量密度（Mechanical Density）：表示单位体积内材料的质量。
机械质量密度影响材料的力学性能。
4.晶体结构（Crystal Structure）：描述压电陶瓷材料的晶体结构，如立方晶系、四方晶系等。
5.绝缘电阻（Insulation Resistance）：表示材料对电流的阻抗能力。
绝缘电阻高表示材料的绝缘性能好。
6.介电损耗因子（Dielectric Loss Factor）：表示压电材料在交变电源下的能量损耗。
7.压电耦合因子（Piezoelectric Coupling Factor）：表示材料电能到机械能的转换效率。
该参数对于传感器和执行器的性能至关重要。
8.矢量震荡模式（Vector Resonance Mode）：表示压电材料在特定频率下的最佳工作模式。
根据应用的需要，不同的矢量震荡模式可以选择。
9.饱和电压（Saturation Voltage）：指材料在电场作用下的饱和电压值。
在此电压下，材料的压电响应达到最大。
10.功率密度（Power Density）：表示材料转换电能到机械能的能力。
高功率密度表示材料具有更高的工作效率。
11.主谐波（Fundamental Resonance）：表示材料在特定频率下的共振点。
主谐波频率是设计和优化压电材料应用的重要参考。
12.稳定性（Stability）：指材料在温度、湿度和外界环境变化下的稳定性能。
陶瓷电性能的测定(压电陶瓷d33的测定)-同济大学(精)
5、“快速模式”测量即连续测量，被测元件均为极 化后已放置一定时间并已彻底放电后（48小时） 的试样，此时“放电提示”红色发光二极管闪烁， 随时提醒操作人员首先对压电元件放电后再进行 测量，以避免损坏仪器。选择“快速模式”测量， 每更换一个被测元件，表头会迅速显示d33结果及 正负极。
二、实验原理：
仪器发出电驱动信号，使测试头内的电磁驱动 部分产生一个约0.25牛顿，频率为110赫兹的低频 交变力，通过上下探头加到被测试样和内部的比较 样品上，由于两者在力学上串联，因而所受到的交 变力相等。由正压电效应产生出的两个压电电信号 再由仪器处理后，即显示其d33值和极性。
准静态法方便快捷，精确度高，实用性强。
2、静态法：操作比较简单，还能同时测出被测试样的压电常数值 和极性，但对被测试样的形状、尺寸要求也比较苛刻，特别是 由于静态法测量中所施加的作用力较大以及压电材料固有的非 线性现象和热释电效应，造成测量态法和静态法测量的优点，对被测试样形 状尺寸的要求放得很宽（片状、柱状、条状、圆管状、圆环状 甚至是半球壳等各种形状、尺寸的试样均能测量），其实用性 更强。此外还具有测量范围宽，分辨率细，可靠性高，操作简 单快捷等诸多特点。
三、实验仪器与设备：
ZJ－3AN准静态d33测量仪
四、实验步骤：
1、用两根多芯电缆把测量头和仪器本体连接好，接 通电源。
2、把附件盒内的Φ20尼龙片插入测量头的上下探头 之间，调节手轮，使尼龙片刚好压住为止。
3、把仪器后面板上的“显示选择”开关置于“d33”一 侧，此时前面板右上方绿灯亮；“量程选择”开关 一般置于“×1”档即可。
压电陶瓷测试方法国标
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陶瓷电性能的测定 (压电陶瓷d33的测定)
3、准静态法：保留了动态法和静态法测量的优点，对被测试样形 状尺寸的要求放得很宽（片状、柱状、条状、圆管状、圆环状 甚至是半球壳等各种形状、尺寸的试样均能测量），其实用性 更强。此外还具有测量范围宽，分辨率细，可靠性高，操作简 单快捷等诸多特点。
二、实验原理：
仪器发出电驱动信号，使测试头内的电磁驱动
四、实验步骤：
1、用两根多芯电缆把测量头和仪器本体连接好，接 通电源。 2、把附件盒内的Φ20尼龙片插入测量头的上下探头 之间，调节手轮，使尼龙片刚好压住为止。 3、把仪器后面板上的“显示选择”开关置于“d33”一 侧，此时前面板右上方绿灯亮；“量程选择”开关 一般置于“×1”档即可。 4、按下“快速模式”，仪器通电预热10分钟后，调 节“调零”旋钮使面板指示在“0”与“－0”之间跳 动，调零即完成，撤掉尼龙片开始测量。调零一律 在“快速模式”下进瓷电性能的测定
（压电陶瓷d33的测定）
压电常数d33是压电陶瓷重要的特性参数 之一，它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 或应变和电场或电位移之间的联系，直接反映 了材料机电性能的耦合关系和压电效应的强弱。
一、测试方法：
1、动态法：压电常数精度高，但对被测试样的形状、尺寸有严格 的限制，测量方法也非常烦琐，同时还存在无法测得试样极性 的缺陷； 2、静态法：操作比较简单，还能同时测出被测试样的压电常数值 和极性，但对被测试样的形状、尺寸要求也比较苛刻，特别是 由于静态法测量中所施加的作用力较大以及压电材料固有的非 线性现象和热释电效应，造成测量误差较大，测试结果可信度 差。
部分产生一个约0.25牛顿，频率为110赫兹的低频
交变力，通过上下探头加到被测试样和内部的比较 样品上，由于两者在力学上串联，因而所受到的交 变力相等。由正压电效应产生出的两个压电电信号 再由仪器处理后，即显示其d33值和极性。
压电陶瓷静态电容测试方法
压电陶瓷静态电容测试方法
压电陶瓷静态电容测试方法通常涉及以下几个步骤：
1. 制备测试样品：首先，需要从压电陶瓷材料中制备出待测试的样品。
样品通常是圆形或矩形的薄片，厚度较小，以便于进行电容测试。
2. 安装测试样品：将待测试的压电陶瓷样品安装到测试仪器的样品台上，确保样品与测试仪器之间的接触良好。
3. 测量电容：采用合适的电容测试仪器，如静电容量测试仪或矢量网络分析仪，对压电陶瓷样品进行静态电容测量。
测量过程中，需要将测试仪器与样品之间的电容值进行实时监测。
4. 数据处理与分析：根据测量得到的电容值，进行数据处理和分析。
分析内容包括：电容值与频率的关系、电容值与温度、湿度等环境条件的关系等。
5. 结果评估：将测试结果与理论值或标准值进行比较，评估压电陶瓷样品的电容性能。
如有需要，可以对测试方法进行优化或改进。
6. 测试重复性：为确保测试结果的可靠性，应进行多次重复测试，并对重复测试结果进行统计分析。
需要注意的是，压电陶瓷静态电容测试方法的研究与实施应遵循相关行业标准和企业标准。
例如，在我国，电子行业标准《压电陶瓷材料性能测试方法切变压电应变常数d15的准静态测试》可以作为测试方法的参考。
此外，在实际测试过程中，应确保测试设备的准确性和稳定性，以获得可靠的测试结果。
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第二章压电陶瓷测试
2.4 NBT基陶瓷的极化与压电性能测试
2.4.1 NBT基陶瓷的极化
1. 试样的制备
为对压电陶瓷进行极化和性能测试，烧结后的陶瓷需要进行烧银处理。
烧银就是在陶瓷的表面上涂覆一层具有高导电率，结合牢固的银薄膜作为电极。
电极的作用有两点：（1）为极化创造条件，因为陶瓷本身为强绝缘体，而极化时要施加高压电场，若无电极，则极化不充分；（2）起到传递电荷的作用，若无电极则在性能测试时不能在陶瓷表面积聚电荷，显示不出压电效应。
首先将烧结后的圆片状样品磨平、抛光，使两个平面保持干净平整。
然后在样品的表面涂覆高温银浆（武汉优乐光电科技有限公司生产，型号：SA-8021），并在一定温度干燥。
将表面涂覆高温银浆的样品放入马弗炉进行处理，慢速升温到320~350℃，保温15min以排除银浆中的有机物，快速升温到820℃并保温15min后随炉冷却，最后将涂覆的银电极表面抛光。
2. NBT基压电材料的极化
利用压电材料正负电荷中心不重合，对烧成后的压电陶瓷在一定温度、一定直流电场作用下保持一定的时间，随着晶粒中的电畴沿着电场的择优取向定向排列，使压电陶瓷在沿电场方向显示一定的净极化强度，这一过程称为极化[70]。
极化是多晶铁电、压电陶瓷材料制造工艺中的重要工序，压电陶瓷在烧结后是各向同性的多晶体，电畴在陶瓷体中的排列是杂乱无章的，对陶瓷整体来说不显示压电性。
经过极化处理后，陶瓷转变为各向异性的多晶体，即宏观上具有了极性，也就显示了压电性。
对于不同类型的压电陶瓷，进行合适的极化处理才能充分发挥它们最佳的压电特征。
决定极化条件的三个因素为极化电压、极化温度和极化时间。
为了确定NBT基压电材料的最佳极化条件，本文采用硅油浴高压极化装置（华仪电子股份有限公司生产，型号：7462）详细研究了样品的极化行为，并确定了最佳的极化条件。
2.4.2 NBT基陶瓷的压电性能测试
1．压电振子及其等效电路
图2.11 压电振子的等效电路
利用压电材料的压电效应，可以将其按一定取向和形状制成有电极的压电器件。
输入电讯号时，若讯号频率与器件的机械谐振频率f r 一致，就会使器件由于逆压电效应而产生机械谐振，器件的机械谐振又可以由于正压电效应而输出电讯号，这种器件称为压电振子，广泛用于制作滤波器、谐振换能器件和标准频率振子。
在其谐振频率附近的电特征可用图
2.11来表示，它由电容C 1，电感L 1和电阻R 1的串连支路与电容C 0并联而成，在谐振频率附近可以认为这些参数与频率无关。
2．压电材料的性能测试
压电参数的测量以电测法为主。
电测法可分为动态法、静态法和准静态法。
动态法是用交流信号激励样品，使之处于谐振及谐振附近的状态，通过测量其特征频率，并进行适当的计算便可获得压电参量的数值[71]。
本实验采用准静态d 33测试仪（中国科学院声光研究所制造，型号：ZJ-3A ）测量样品的压电常数，采用HP4294A 精密阻抗分析仪测量样品的电容C T 与介质损耗tan δ，根据样品的频率-阻抗谱得到串联谐振频率f s 、并联谐振频率f p 和串联谐振电阻R 1，并根据《中华人民共和国国家标准压电陶瓷材料性能测试方法（GB2414-81）》（以下简称为《测试方法》）计算出其它各压电参数的值。
(1) 介电常数ε
介电常数是综合反映电介质材料的介电性质或极化行为的一个宏观物理量，它表示材料两电极间的电介质的电容与真空状态时电容的比值[1]。
本实验采用相对介电常数ε33T /ε0来表征材料的介电性能，作如下计算：
ε33T /ε0＝ 0εA DC T
= 02)2
(·επd C D T 其中，D 为样品的厚度，A 为样品电极面积，d 为样品的直径，C T 为样品的电容，ε0为真空介电常数，其值为8.854×10-12 F/m 。
(2) 介质损耗tan δ
介质损耗主要是由极化弛豫和介质漏电引起的。
通常以电介质中存在一个损耗电阻R n 来表示电能的消耗。
把通过介质的电流分成消耗能量的部分I R 和不消耗能量的部分I C （即通过介质纯电容部分），定义介质损耗正切角为：tan δ= I R / I C = 1 / wCR n （w 代表交变电场
的角频率）。
(3) 机械品质因数Q m
机械品质因数Q m 表征压电体谐振时因克服内摩擦而消耗的能量，其定义为谐振时压电振子内储存的电能E e 与谐振时每个周期内振子消耗的机械能E m 之比。
机械品质因数Q m 也是衡量压电陶瓷的一个重要参数，它表示在震动转换时，材料内部能量损耗程度。
不同的压电器件对压电陶瓷材料的Q m 值有不同的要求，多数的陶瓷滤波器要求压电陶瓷的Q m 值要高，而音响器件及接收型换能器则要求Q m 值要低[2]。
根据等效电路和《测试方法》，Q m 可用下式计算：
Q m = )
(21
2221p s
p T s f f f C R πf 其中，C T 为电容，f s 为串联谐振频率，f p 为并联谐振频率，R 1为串联谐振电阻。
(4) 频率常数N
压电材料频率常数N 是指振子谐振频率f r 与主振动方向长度（或直径）的乘积。
由于谐振频率与压电振子主振动方向的长度成反比，所以频率常数N 与振子尺寸无关，只与压电材料的性质、震动模式有关。
对于薄圆片径向伸缩震动模式的压电振子，频率常数N p = f s d 。
其中，f s 为串联谐振频率，d 为样品的直径。
(5) 机电耦合系数k
机电耦合系数k 是表征压电材料的机械能与电能相互转换能力的参数，是衡量材料压电性强弱的重要参数之一。
k 越大，说明压电材料机械能与电能相互耦合的能力越强。
k 定义为：
k 2 = 被转换的电能（机械能）/ 输入的总机械能（电能）
根据《测试方法》，本实验采用HP4294A 精密阻抗分析仪测得样品的串联谐振频率f s 和并联谐振频率f p ，算出Δf / f s （式中Δf =f s - f p ）的值，通过查k p ~Δf / f s 对应数值表，确定k p 的值。
(6) 压电常数d 33
压电常数是压电材料把机械能转变为电能或把电能转变为机械能的转换系数，它反映压电材料机械性能与介电性能之间的耦合关系。
压电系数越大，表明材料机械性能与介电性能之间的耦合越强[2]。
本实验采用准静态d 33测试仪测量样品的压电常数。
测量原理是将一个低频（几赫兹到几百赫兹）震动的应力同时施加到待测样品和已知压电系数的标准样品上，将两个样品的
压电电荷分别收集并作比较，经过电路处理，得到待测样品的d33值，同时表示出样品的极性[71]。
2.5 NBT基陶瓷的铁电性能测试
2.5.1 铁电体的电滞回线
晶体在一定温度范围内具有自发极化，并且自发极化的方向能随外电场转向而转向，这类晶体被称为铁电体。
铁电体的重要特征之一是具有电滞回线（Ferroelectric hysteresis）。
图2.12为铁电体的电滞回线，它表明外加电场E与极化强度P之间的非线性关系。
当外加电场E增大时，铁电体在外电场方向的极化强度P也随外电场增大，到C点时达到最大极化强度P max。
当外加电场减小为0时，铁电体具
有的极化强度称为剩余极化强度P r。
将电滞回线
的线性部分CD延长，与极化强度轴的交点称为饱
和极化强度P s。
改变电场方向至E c时，极化强度
才下降为0，E c称为矫顽场[75]。
铁电体的电滞回线能够最全面地反映自发极
化的存在及其宏观特性。
电滞回线上所显示的各
个特征，对铁电材料的研制、结构的分析、极化
条件的选择、铁电体的应用及铁电理论的检验都
具有很大的意义。
图2.12 铁电体的电滞回线
2.5.2 NBT基陶瓷的铁电性能测试
测量电滞回线的基本电路位Sawyer-Tower回路。
其基本原理为：在铁电体上施加一个交变电压，观察流过铁电体的电流随外加电场的变化。
流过铁电体的电流分为传导电流和位移电流两部分，传导电流决定于被测铁电材料的漏电，而位移电流主要决定于铁电材料中自发极化（或电畴）的转向情况，反映在电极上自由电荷的变化（dQ/dt）。
由于铁电体的外加电场E与极化强度P之间存在强烈的非线性关系，这种关系也就可以反映在外加电场和位移电流的变化上。
Sawyer-Tower回路测量这两个相互关联的函数，把它们随时间的变化关系显示出来，就得到了铁电材料的P-E电滞回线[70]。
本实验采用Radient Precision Work Station 6000铁电工作站测试NBT基陶瓷样品的电滞回线，并得到铁电性能参数（剩余极化强度P r和矫顽场E c）的数值。