压电陶瓷的种类
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
压电陶瓷分类及应用
压电陶瓷分类及应用
压电陶瓷是一种具有压电效应的陶瓷材料。
压电效应是指在外加机械应力或电场作用下，压电陶瓷会发生尺寸变化或极化现象，从而产生电荷分布。
根据压电陶瓷材料的组成和性质，可以将其分为几种不同的分类。
一、根据压电性能可将压电陶瓷分为高压电效应陶瓷和低压电效应陶瓷。
高压电效应陶瓷具有较高的压电系数和较大的震荡频率，适用于高频和高精度的应用，如声子滤波器、超声波发生器、压电换能器等。
低压电效应陶瓷的压电系数较低，主要用于压电传感器、压电陶瓷振动器、电子器件的稳定和控制等应用。
二、根据晶体结构的不同，压电陶瓷可以分为三类：酸性压电陶瓷、硼酸盐压电陶瓷和锆钛酸钾压电陶瓷。
酸性压电陶瓷是指以三方晶系的负电性轴为基础，具有良好的机械和电性能。
硼酸盐压电陶瓷主要以硼酸盐基质为主，具有较高的压电系数和介电常数。
锆钛酸钾压电陶瓷是一类常用的压电陶瓷材料，具有较高的压电系数和压电耦合因子，在声波传感器和应用中得到广泛应用。
三、根据应用领域的不同，压电陶瓷可以分为多种类型。
在声学领域，压电陶瓷广泛应用于扬声器、电麦克风、声波发生器、声子滤波器等装置中。
在控制领域，压电陶瓷用于压电陶瓷驱动器、压电陶瓷换向器、压电陶瓷伺服控制系统等。
在传感领域，压电陶瓷被应用于压力传感器、加速度传感器、应力传感器等。
在医疗领域，压电陶瓷用于超声波显像设备、超声刀、超声治疗仪等医疗器械中。
压电陶瓷材料以其优越的压电性能和物理特性，在电子、声学、控制等领域中具有广泛的应用前景。
随着科学技术的发展，压电陶瓷材料的研究和应用将更加深入和广泛。
无铅压电陶瓷分类
无铅压电陶瓷分类
以下是 6 条相关内容：
1. 哇塞，无铅压电陶瓷的分类可多啦！就像水果有不同种类一样，无铅压电陶瓷也有好多呢！比如钛酸钡陶瓷，那可是相当厉害的呀，应用在好多地方呢，像一些传感器里就有它的身影呢！你说神奇不神奇？
2. 嘿，你晓得不，无铅压电陶瓷分类里有个锆钛酸钡陶瓷哟！它就像是一个小小的能量精灵，在电子设备里发挥着大作用呢。
就好像是舞台上的主角，闪闪发光，可重要啦！你不想了解一下它具体能干啥吗？
3. 哎呀呀，无铅压电陶瓷还有铌酸钾钠陶瓷呢！它就如同一个默默奉献的小卫士，在各种仪器里坚守岗位。
你看啊，那些需要精细控制的地方都有它，这难道不酷吗？
4. 哇哦，有一种无铅压电陶瓷叫铋层状结构陶瓷呢！这名字是不是听起来就很特别呀。
它就好像是一把神奇的钥匙，能打开很多高科技领域的大门呢，你难道不好奇它是怎么做到的吗？
5. 哈哈，无铅压电陶瓷的分类中还有钨青铜结构陶瓷呢！它像是一个神秘的宝藏，等待着人们去发掘它的更多潜力。
好多研究人员都在探索它呢，你难道不想成为其中一员吗？
6. 哟呵，无铅压电陶瓷的分类还包括钙钛矿结构陶瓷呀！它就如同星星一样闪耀，在不同的领域散发着自己的光芒。
你想想，要是没有它，我们的生活会少了多少便利呀！
我的观点结论就是：无铅压电陶瓷的这些分类都各具特色和用途，真是太神奇啦！它们都在为我们的科技生活添砖加瓦呢！。
压电材料有哪些种类
压电材料有哪些种类
压电材料是一类特殊的功能材料，具有压电效应，即在外加电场的作用下产生
机械形变，或者在外加力的作用下产生电荷。
压电材料广泛应用于传感器、换能器、声波滤波器、压电陶瓷谐振器等领域。
根据其结构和性能的不同，压电材料可以分为多种类型。
首先，压电陶瓷是一种常见的压电材料，具有优良的压电性能和机械性能。
压
电陶瓷可分为硬质和软质两种类型。
硬质压电陶瓷具有高的压电常数和机械强度，适用于高频压电换能器和滤波器等领域；而软质压电陶瓷具有高的电机械耦合系数和良好的压电性能，适用于压电传感器和换能器等领域。
其次，压电聚合物是近年来发展起来的一种新型压电材料，具有轻质、柔韧、
易加工成型的特点。
压电聚合物可以通过拉伸、压缩或弯曲等方式产生电荷，广泛应用于生物医学、柔性传感器、柔性能量收集器等领域。
此外，压电复合材料是由压电陶瓷与聚合物基体复合而成的一种新型材料，具
有较好的压电性能和机械性能。
压电复合材料兼具了压电陶瓷和聚合物的优点，适用于柔性传感器、能量收集器、智能结构等领域。
最后，压电单晶是一种高端的压电材料，具有优异的压电性能和温度稳定性。
压电单晶广泛应用于高频压电换能器、声波传感器、微机电系统等领域。
综上所述，压电材料种类繁多，包括压电陶瓷、压电聚合物、压电复合材料和
压电单晶等。
不同种类的压电材料具有各自独特的特点和应用领域，为现代科技的发展提供了重要支撑。
在未来，随着新材料技术的不断发展，压电材料将会有更广泛的应用前景。
半导体(压电陶瓷)
压电陶瓷材料在我们的生活中随处可见的物质，材料的发展深深的影响着人们的生活质量，同时也是我们人类社会进步和文明的重要标志。
随着社会的进步和发展，电子陶瓷材料在信息技术中占有非常重要的作用，常常被用来制作一些重要的电子元器件如：传感器、电容器、超声换能器。
因此，高性能的电子陶瓷材料是信息技术发展和研究的重要方向。
压电陶瓷是一种具有压电性能的多晶体,是信息功能陶瓷的重要组成部分。
其具有机电耦合系数高(压电振子在振动过程中，将机械能转变为电能，或将电能转变为机械能的效率)、价格便宜、易于批量生产等优点,已被广泛应用于社会生产的各个领域,尤其是在超声领域及电子科学技术领域中,压电陶瓷材料已逐渐处于绝对的支配地位,如医学及工业超声检测、水声探测、压电换能器、超声马达、显示器件、电控多色滤波器等。
1.压电陶瓷性能1.1压电性压电陶瓷最大的特性是具有正压电性和逆压电性。
正压电性是指某些电介质在机械外力作用下,介质内部正负电荷中心发生相对位移而引起极化,从而导致电介质两端表面内出现符号相反的束缚电荷。
反之,当给具有压电性的电介质加上外电场时,电介质内部正负电荷中心不但发生相对位移而被极化,同时由于此位移而导致电介质发生形变,这种效应称之为逆压电性。
1.2介电性能材料在电场作用下，表现出对静电能的储蓄和损耗的性质，通常用介电常数（ε r ）和介质损耗（tanδ）来表示。
当在两平板之间插入一种介质（材料）时，电容C将增加，此时电容 C与真空介质时该电容器的电容量 C0的比即为相对介电常数k：k＝C/C＝ (εA/d)/（ε0A/d）＝ε/ε（ε—真空介电常数：8.854×10－12F/m）当一个正弦交变电场V＝Vexpiωt施加于一介电体上时，电荷随时间而变化而产生了电流Ic， Ic在无损耗时比 V 超前90°。
但实际是有损耗的。
有损耗时，总电流超前电压不再是90°而是90°-δ。
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
压电陶瓷材料的分类
压电陶瓷材料的分类1、按主要组成晶体结构分类：现已实用化的压电陶瓷材料主要分为：（1）钙钛结构矿perovskite structure具有钙钛矿结构的铁电，压电陶瓷属于ABO3型氧八面体，其中A为一价或二价金属离子，而B为四价或五价金属。
半径较大的A正离子，半径较小的B正离子和氧离子分别位于晶胞格子的顶角，体心和面心。
如图所示。
这种结构也可看成是一组BO6八面体按简立方图样排列而成，各氧八面体由公有的氧离子联结，A正离子占据氧八面体之间的空隙，钙钛矿原胞是立方的，也可畸变成具有三角和四方对称性。
钛酸钡，钛酸铅，锆钛酸铅和KxNa1-xNbO3等铁电压电陶瓷具有钙钛矿结构。
（2）钨青铜结构tungsten-bronze structure具有钨青铜结构的铁电，压电陶瓷也属于ABO3型氧八面体铁电体，一个四方晶胞包含10个BO6八面体，它们由其顶角按一定方式联结而成。
偏铌酸铅和铌酸锶钡等铁电压电陶瓷具有钨青铜结构。
（3）铋层状结构bismuth layer structure铋层状结构可以看成是由其氧八面体类钙钛矿层与{Bi2O12}层交替叠成的。
其中类钙钛矿层可以是一层{如Bi2WO6},二层{如PbBi2Nb3O9}，三层{如Bi4Ti8O12}以至五层。
在类钙钛矿层中，其正离子可被许多离子取代。
（4）焦绿石结构pyrochlore structure焦绿石结构是由共同顶角的{NbO6或TaO6}氧八面体组成，而较大的Cd2+{或Pb2+}离子位于氧八面体之间的间隙中。
这种结构的铁电体仅出现在Cd2Nb2O2, Pb2Nb2O2和Cd2Ta2O7等有限几种化合物中*本公司产品压电陶瓷材料主要为钙钛矿结构。
2、按主要组成组元分类：（1）单元系陶瓷unit system ceramics实用的单元系其结晶构造几乎都是BaTiO3为代表的钙钛矿结构和PbNbO6等的钙青铜结构：属于钙钛矿结构的单元系材料有①BaTiO3、②PbTiO3、③PbZrO3、④居里点高的ＢiNaTi2O6(Tc=320℃),BiKTiO6(380℃),Pb2FeNb6(112℃)和Pb3ZnNb2O3(１４０℃)等压电陶瓷。
压电陶瓷简介
使压电材料的压电效应消失的温度。
压电材料的主要特性
转换性能：要求具有较大的压电常数。
机械性能：机械强度高、刚度大。 电性能：高电阻率和大介电常数。
环境适应性：温度和湿度稳定性要好，要求具
有较高的居里点，获得较宽的工作温度范围。 时间稳定性：要求压电性能不随时间变化。
表示压电材料机械能(声能)与电能之间的转换效率。
E贮 机械品质因子Qm : Qm E损
压电晶片在谐振时贮存的机械能E贮与在一个周期内损耗的能 量E损之比称为机械品质因子Qm。
压电材料的主要性能参数
cL (常数） 频率常数Nt: N t tf 0 2
压电晶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。
奥迪威公司压电蜂鸣片
电声元件
开放式超声波传感器
超声波雾化片
奥迪威其它压电产品
超声波马达
C-171微型旋转陶瓷电机
超声波压电陶瓷电机
液晶电视用模组
压电陶ห้องสมุดไป่ตู้点火器
谢谢
压电陶瓷历史
1916年 朗之万(Langevin)用压电石英晶体作成水
下发射和接收 换能器，这是最早的压电换能器， 并用于探测水下的物体。 1918 年 卡迪（Cady）研究了罗息盐晶体在机械 谐振频率特有的电性能，导致罗息盐电声组件问 世。 1921年 相继研制成功石英谐振器和滤波器，开创 了压电效应在稳频、计时和电子技术方面 的应用。
压电材料应用
压电陶瓷按照应用分类共分为七大类： 压电振荡器及材料 压电声电组件：蜂鸣器、送话器、受话器、压电喇叭 压电超音波换能器：超音波清洗、超音波雾化、超音波美容、 超音波探测 信息处理组件：滤波器、谐振器、检波器、监频器、表面声波、 延迟线 动力装置：点火器、超音波切割、超音波粘接、压电马达、压 电变压器 压电传感器：速度、加速度计、角速度计、微位移器 光电组件：光调节器、光调节阀、光电显示、光信息储存、影 象储存和显示 目前市场容量最大的组件是频率组件，主要包括滤波器和谐振器。
整理的压电陶瓷基本介绍
压电陶瓷报告1.基本概念压电陶瓷由一颗颗小晶粒无规则“镶嵌”而成，如图1所示。
图1 BSPT压电陶瓷样品断面SEM照片每个小晶粒内还具有铁电畴组织，如图所示。
图PZT陶瓷中电畴结构的电子显微镜照片1.1晶胞结构目前应用最广泛的压电陶瓷是钙钛矿（CaTiO3）型结构，如PbTiO3、BaTiO3、KxNa1-xNbO3、Pb(ZrxTi1-x)O3等。
该类材料的化学通式为ABO3。
式中A的电价数为1或2，B的电价为4或5价。
其晶胞（晶格中的结构单元）结构如图所示。
压电陶瓷的晶胞结构随温度的变化是有所变化的。
如下式及图6所示。
PbTiO3（PT ）：四方相 立方相BaTiO3（BT ）：三角相 正交相 四方相 立方相自发极化的产生以BT 材料由立方到四方相转变为例，分析自发极化的产生，如图7所示。
（a ）立方相 （b ）四方相由图可知，立方相时，正负电荷中心重合，不出现电极化；四方相时，因490℃ 120℃ 5℃ -90℃Ti4+沿c轴上移，O2-沿c轴下移，正负电荷中心不重合，出现了平行于c 轴的电极化。
这种电极化不是外加电场产生的，而是晶体内因产生的，所以成为自发极化，其相变温度TC称为居里温度。
1.2压电效应某些介质在力的作用下，产生形变，引起介质表面带电，这是正压电效应。
反之，施加激励电场，介质将产生机械变形，称逆压电效应。
其中，如果压力是一种高频震动，产生的就是高频电流。
如果将高频电信号加在压电陶瓷上时，则产生高频声信号（机械震动）。
1.3压电陶瓷具有这种性能的陶瓷称为压电陶瓷，发生正压电效应时，表面电荷的密度与所受的机械应力成正比。
当发生负压电效应时，形变的大小与电场强度成正比。
1.4压电作用机理压电效应首先是在水晶晶体上发现的，现在我们以水晶晶体为模型，说明产生压电效应的物理机理。
当不施以压力时，水晶晶体正、负电荷中心如上图分布，设这时正、负电荷中心重合，整个晶体的总电矩等于零，晶体表面不荷电（不呈压电性）。
压电陶瓷
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。
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
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。
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பைடு நூலகம்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。
超声波加湿器
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
压电陶瓷详解
1简介压电陶瓷是一类具有压电特性的电子陶瓷材料。
与典型的不包含铁电成分的压电石英晶体的主要区别是：构成其主要成分的晶相都是具有铁电性的晶粒。
由于陶瓷是晶粒随机取向的多晶聚集体，因此其中各个铁电晶粒的自发极化矢量也是混乱取向的。
为了使陶瓷能表现出宏观的压电特性，就必须在压电陶瓷烧成并于端面被复电极之后，将其置于强直流电场下进行极化处理，以使原来混乱取向的各自发极化矢量沿电场方向择优取向。
经过极化处理后的压电陶瓷，在电场取消之后，会保留一定的宏观剩余极化强度，从而使陶瓷具有了一定的压电性质。
2物质组成常用的压电陶瓷有钛酸钡系、锆钛酸铅二元系及在二元系中添加第三种ABO3（A 表示二价金属离子，B表示四价金属离子或几种离子总和为正四价）型化合物，如：Pb（Mn1/3Nb2/3）O3和Pb（Co1/3Nb2/3）O3等组成的三元系。
如果在三元系统上再加入第四种或更多的化合物，可组成四元系或多元系压电陶瓷。
此外，还有一种偏铌酸盐系压电陶瓷，如偏铌酸钾钠（Na0.5·K0.5·NbO3）和偏铌酸锶钡（Bax·Sr1-x·Nb2O5）等，它们不含有毒的铅，对环境保护有利。
3特性介电性及弹性性质压电陶瓷的介电性是反映陶瓷材料对外电场的响应程度，通常用介电常数ε0来表示。
压电陶瓷的弹性系数是反映陶瓷的形变与作用力之间关系的参数。
压电陶瓷材料同其它弹性体一样，遵循胡克定律。
压电陶瓷的压电性压电陶瓷最大的特性是具有压电性，包括正压电性和逆压电性。
正压电性是指某些电介质在机械外力作用下，介质内部正负电荷中心发生相对位移而引起极化，从而导致电介质两端表面内出现符号相反的束缚电荷。
4制作工艺工艺流程图如下：配料--混合磨细--预烧--二次磨细--造粒--成型--排塑--烧结成瓷--外形加工--被电极--高压极化--老化测试。
压电陶瓷的制造特点是在直流电场下对铁电陶瓷进行极化处理，使之具有压电效应。
几种材料压电陶瓷的特性
1. 大功率发射材料ＹＴ－８型压电陶瓷: 该压电陶瓷材料具有良好压电性，机械强度高、矫顽场高，强场介电损耗低。
它主要用于超声清洗、强力超声钻孔、超声焊接、洁牙机探头、美容仪探头、超声手术刀探头、心血管治疗仪探头等。
2. 高灵敏度接收材料ＹＴ－５型压电陶瓷: 该压电陶瓷材料具有高机电耦合系数，适宜的介电常数、较高的灵敏度。
它主要用于高灵敏度换能器、流量计换能器、液位计换能器、加速度计换能器、超声检测换能器等。
3. 收发两用材料ＹＴ－４型压电陶瓷: 该压电陶瓷材料介于ＹＴ－８与ＹＴ－５之间，兼顾二者特点，具有较高的灵敏度，又具有较低介电损耗，对于发射功率不大而且可同时做接收用的收发两用换能器，选用本材料最合适。
目前用该压电陶瓷材料生产的超声雾化换能器已批量投产。
4. 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。
PZT压电陶瓷(锆钛酸铅)：其中P是铅元素Pb的缩写，Z是锆元素Zr的缩写，T是钛元素Ti的缩写
PZT是反铁电相PbZrO3和铁电相PbTiO3的二元固溶体，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.。
半导体(压电陶瓷)
压电陶瓷材料在我们的生活中随处可见的物质，材料的发展深深的影响着人们的生活质量，同时也是我们人类社会进步和文明的重要标志。
随着社会的进步和发展，电子陶瓷材料在信息技术中占有非常重要的作用，常常被用来制作一些重要的电子元器件如：传感器、电容器、超声换能器。
因此，高性能的电子陶瓷材料是信息技术发展和研究的重要方向。
压电陶瓷是一种具有压电性能的多晶体,是信息功能陶瓷的重要组成部分。
其具有机电耦合系数高(压电振子在振动过程中，将机械能转变为电能，或将电能转变为机械能的效率)、价格便宜、易于批量生产等优点,已被广泛应用于社会生产的各个领域,尤其是在超声领域及电子科学技术领域中,压电陶瓷材料已逐渐处于绝对的支配地位,如医学及工业超声检测、水声探测、压电换能器、超声马达、显示器件、电控多色滤波器等。
1.压电陶瓷性能1.1压电性压电陶瓷最大的特性是具有正压电性和逆压电性。
正压电性是指某些电介质在机械外力作用下,介质内部正负电荷中心发生相对位移而引起极化,从而导致电介质两端表面内出现符号相反的束缚电荷。
反之,当给具有压电性的电介质加上外电场时,电介质内部正负电荷中心不但发生相对位移而被极化,同时由于此位移而导致电介质发生形变,这种效应称之为逆压电性。
1.2介电性能材料在电场作用下，表现出对静电能的储蓄和损耗的性质，通常用介电常数（ε r ）和介质损耗（tanδ）来表示。
当在两平板之间插入一种介质（材料）时，电容C将增加，此时电容 C与真空介质时该电容器的电容量 C0的比即为相对介电常数k：k＝C/C＝ (εA/d)/（ε0A/d）＝ε/ε（ε—真空介电常数：8.854×10－12F/m）当一个正弦交变电场V＝Vexpiωt施加于一介电体上时，电荷随时间而变化而产生了电流Ic， Ic在无损耗时比 V 超前90°。
但实际是有损耗的。
有损耗时，总电流超前电压不再是90°而是90°-δ。
压电陶瓷分类
压电陶瓷分类
1. 压电陶瓷有好多不同的类型啊！就像水果有各种各样的品种一样。
比如说钛酸钡压电陶瓷，这可是个厉害的角色呢！在一些传感器里经常能看到它的身影，就像草莓在水果沙拉中那么显眼！
2. 还有锆钛酸铅压电陶瓷呀！它就如同团队中的骨干，在超声换能器等领域发挥着关键作用。
你想想看，要是没有它，那得有多糟糕呀！
3. 偏铌酸钾钠压电陶瓷也不能小瞧哦！它有点像隐藏的高手，在一些特殊的应用场景中悄然发力，就如同平时低调但关键时刻能大显身手的人一样。
4. 无铅压电陶瓷也是一大类呢！它多重要呀，就像是环保界的明星，为了我们的环境和健康努力着，这难道不令人敬佩吗？
5. 高居里温度压电陶瓷呢，就像能在高温环境下依然坚强工作的勇士，在一些高温的条件下依然可靠，你说酷不酷？
6. 软性压电陶瓷也是很特别的存在！它就好像一个温和的伙伴，能适应很多不同的情况，给我们带来很多便利呀！
总之，压电陶瓷的分类真的好丰富，每一种都有着独特的魅力和用途，在我们的生活中扮演着重要的角色呢！。
压电陶瓷材料
压电陶瓷材料压电陶瓷材料摘要：本文包括压电陶瓷压电陶瓷的产生发展，机理，生产及其应用，从各方面阐述了压电陶瓷材料的种种物理性能，以及压电陶瓷为我们生活带来的便利，对科技发展带来的种种贡献。
前言：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。
随着现代电子信息技术的飞速发展 ,对于性能优异的压电陶瓷材料的开发和探索已成为各国研究的热点问题。
本文专注介绍了压电陶瓷的产生发展，机理，生产及其应用，从各方面阐述了压电陶瓷材料。
压电陶瓷发展史：1880年，居里兄弟首先发现电气石的压电效应，从此开始了压电学的历史。
1881年，居里兄弟实验验证了逆压电效应，给出石英相同的正逆压电常数。
1894年，Voigt指出，仅无对称中心的二十种点群的晶体才有可能具有压电效应，石英是压电晶体的一种代表，它被取得应用。
第一次世界大战，居里的继承人郎之万，最先利用石英的压电效应，制成了水下超声探测器，用于探测潜水艇，从而揭开了压电应用史篇章。
第二次世界大战中发现了BaTiO3陶瓷，压电材料及其应用取得划时代的进展。
1946年美国麻省理工学院绝缘研究室发现，在钛酸钡铁电陶瓷上施加直流高压电场，使其自发极化沿电场方向择优取向，除去电场后仍能保持一定的剩余极化，使它具有压电效应，从此诞生了压电陶瓷。
压电陶瓷概念：压电材料分为压电晶体和压电陶瓷。
压电晶体一般指压电单晶体，是指按晶体空间点阵长程有序生长而成的晶体。
这种晶体结构无对称中心，因此具有压电性。
如水晶（石英晶体）、镓酸锂、锗酸锂、锗酸钛以及铁晶体管铌酸锂、钽酸锂等。
压电陶瓷则泛指压电多晶体。
压电陶瓷是指用必要成份的原料进行混合、成型、高温烧结，由粉粒之间的固相反应和烧结过程而获得的微细晶粒无规则集合而成的多晶体。
具有压电性的陶瓷称压电陶瓷，实际上也是铁电陶瓷。
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。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
压电陶瓷的种类
1 铁电陶瓷ferroelecteic ceramics
具有重铁电性的陶瓷称为铁电陶瓷。
从晶体结构来看,铁电陶瓷的晶体的主晶相具有钙钛矿结构,钨青铜结构,铋层状结构和焦绿石结构等。
2 反铁电陶瓷antiferroelectric ceramics
具有反铁电性的陶瓷称为反铁电陶瓷。
3 压电陶瓷piezoelectric ceramics
具有压电效应的陶瓷称为压电陶瓷,由于末经过极化处理的铁电陶瓷的自发极化随机取向,故没有压电性。
极化处理使其自发极化沿极化方向择优取向。
在撤去电场后,陶瓷体仍保留着一定的总体剩余极化,故使陶瓷体有了压电性,成为压电陶瓷。
在高温的高温度梯度场中定向析晶的非铁电极性玻璃陶瓷也具有压电性。
4 钛酸钡陶瓷barium titanate ceramics
钛酸钡陶瓷是一种具有典型钙钛矿结构的铁电陶瓷。
它通常是以碳酸钡和二氧化钛为主要原料,预先合成后再在高温下烧结而成的。
5 钛酸铅陶瓷lead titanate ceramics
钛酸铅陶瓷是具有钙钛矿性结构的铁电陶瓷。
它通常是由四氧化三铅{或氧化铅}和二氧化钛以及少量添加物预先合成后再在高温下烧结而成的。
6 二元系陶瓷binary system ceramies
二元系压电陶瓷是俩种化学通式ABO3型结构的化学物所形成的固溶体,其中A 代表二价的正离子Pb2+,Ba2+,Mg2+,Ca2+,Sr2+,等或一价正离子K+,Na+等,B代表四价的正离子Zr4+,Ti4+或五价的Nb5+等。
最常见的二元系压电陶瓷是PbZrxTi{1-x}O3。
通过调节两种ABO3型结构的克分子比,以及用取代元素和添加物改性的方法,可以获得各种不同用途的材料。
7 锆钛酸铅陶瓷Lead zirconate ceramic
锆钛酸铅陶瓷通常简称为PZT陶瓷,这种压电陶瓷目前受到广泛应用。
它是PbZrO3和PbTiO3的固溶体,具有钙钛矿型结构,当锆钛比为53/47左右{即共晶相界附近}时,具有最强的压电性能。
8 三元系陶瓷ternary system ceramics
三元系陶瓷通常是在具有钙钛矿性结构的锆钛酸铅{PbZrO3-PbTiO3}中二元系再增加第三种{化学通式为ABO3型}化合物而形成的三元系固溶体。
所增加的第三种成分,它们的共同特点是在掺入PbZrO3-PbTiO3之中形成固溶体后不改变整个晶格的钙钛矿型结构。
9 铌酸盐系陶瓷niobate system piezoelectric ceramics
铌酸盐系压电陶瓷是具有氧八面体结构的铁电陶瓷,各种铌酸盐陶瓷分别具有钙钛矿型{如KnbO3},钨青铜型{如便铌酸铅PbNb2O6}和焦绿石型{如Cd2Nb2O7}等结构。
它们的居里温度高,介电常数小和声速大,尤其偏铌酸铅的机械品质因数QM 很低,适用于超声检测。
10 电光{透明铁电}陶瓷electeo-optic{transparent ferroelectric}ceramics
通常指掺鑭{La}的锆钛酸铅{PZT}陶瓷等,简称PLZT,另外还有掺铋的锆钛酸铅等,它们都有电光效应。
在铁电陶瓷中,电畴状态的变化伴随着光学性质的改变,通过外加电场对透明陶瓷电畴状态的控制,可有电控双折射{细晶陶瓷}和电控光散射{粗晶陶瓷}等特性。
11 铁电陶瓷薄膜ferroelectric ceramic thin films
铁电陶瓷薄膜是具有铁电性的多晶膜,可具有压电和热释电性以及线性或二次电光效应和非线性光学效应等特性。
可用它制造热释电探测器以及随机读取存储器等,并便于器件的小型化以及与微电子和光电子学集成。
目前制备铁电陶瓷薄膜的主要方法有分子束外延,磁控溅射,化学气相沉积和溶胶-凝胶{SolGel}等方法。
薄膜基片和晶化温度对薄膜晶粒的取向度有重要影响。
12 压电复合材料piezoelectric composites
压电复合材料一般是由压电陶瓷和高分子聚合物{或其它材料}复合而成的。
通过改变复合材料中各组元所占的体积或重量百分比,各组元自身在三维空间里相互的联结方法,各组元的内部结构及其其在空间配置上的对称性可大幅度地调整复合材料的某些物理性质。
因此可根据实际需要设计压电复合材料,制造性能最佳的压电换能器。
例如锆钛酸铅压电陶瓷和高分子聚合物的1-3复合材料,其等静压压电应变常数dh{=d33+2d31}比锆钛酸铅压电陶瓷的dh值大的多,而且其电容率也有较大的下降。