压电陶瓷
《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ppt课件
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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。
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
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。
压电陶瓷定义
压电陶瓷定义
嘿，朋友们！今天咱来聊聊压电陶瓷这玩意儿。
你说这压电陶瓷啊，就像是一个神奇的小魔法师！它呀，能把机械能和电能变来变去，是不是很厉害？
你想想看，就好像它有一双特别的手，能把压力这种东西抓住，然后“嗖”地一下就变成电啦！这多有意思呀。
比如说，你敲敲它，它就能产生电。
这就好比你给它一个小拳头，它就回馈你一些电能量。
压电陶瓷在我们生活中的用处可多啦！像那些个小音箱里面，说不定就有它的身影呢。
它能让声音变得更响亮、更清晰，就好像是声音的小助手，帮着声音变得更好听。
还有啊，在一些测量仪器里，它也能大显身手呢。
咱再打个比方，压电陶瓷就像是一个特别会变脸的演员。
一会儿变成机械能的样子，一会儿又变成电能的模样，来回切换，可有意思啦。
而且它还特别靠谱，总是能很好地完成任务。
你说它怎么就能这么神奇呢？这都是科学家们努力研究的结果呀。
他们就像一群勤劳的园丁，精心培育出了压电陶瓷这朵“神奇之花”。
它的应用范围那叫一个广泛，几乎无处不在。
你家里的一些电器可能就有它默默工作的功劳呢。
它不声不响地为我们服务着，是不是很了不起？
咱可不能小瞧了这小小的压电陶瓷啊，它虽然个头不大，但是能量满满。
它就像一颗隐藏在生活中的小宝石，等着我们去发现它的光芒。
你说，要是没有压电陶瓷，我们的生活会变成什么样呢？是不是会少了很多便利和乐趣呀？所以啊，我们得好好珍惜它，让它更好地为我们服务。
总之，压电陶瓷就是这么一个神奇又实用的东西，它在我们的生活中扮演着重要的角色呢！
原创不易，请尊重原创，谢谢!。
压电生物陶瓷
压电生物陶瓷
压电生物陶瓷是一种特殊类型的陶瓷材料，具有压电效应。
压电效应是指某些材料在受到力或压力作用时可以产生电荷，或者在施加电场时可以发生形变或振动。
压电生物陶瓷通常是由钛酸锆钠（PZT）等压电陶瓷材料制成。
这些陶瓷材料在生物医学领域中具有广泛的应用，例如：
1. 超声成像：压电生物陶瓷可以用作超声探头中的压电晶体，将电能转换为声能，从而产生超声波。
这些超声波可以用于医学成像，如超声心动图和超声检查。
2. 聆听设备：压电生物陶瓷也可用于人工耳蜗和听力辅助设备中。
它们可以将声音信号转换为电信号，然后传输到听神经中，使听力受损的人能够感知声音。
3. 骨科修复：压电生物陶瓷可以用于骨科修复和骨折治疗。
它们可以作为骨植入物，通过施加电场刺激骨细胞的生长和修复，促进骨骼愈合。
4. 神经刺激：压电生物陶瓷可以用于神经刺激和神经调控。
通过施加电场刺激神经组织，它们可以用于治疗神经性疾病、缓解疼痛和恢复神经功能。
压电生物陶瓷的优点包括其稳定性、可靠性和生物相容性。
它们可以根据特定应用的需求进行制备和形状设计，并且在医学和生物领域中具有广泛的应用潜力。
压电陶瓷的工作原理
压电陶瓷的工作原理压电陶瓷是一种能够产生电荷的陶瓷材料，它的工作原理主要基于压电效应。
压电效应是指当压电材料受到外力作用时，会产生电荷分离，从而产生电压。
这种特殊的性质使得压电陶瓷在许多领域都有重要的应用，比如声波传感器、压力传感器、振动传感器等。
压电效应的基本原理是由皮埃尔·居里兄弟在1880年首次发现的。
他们发现某些晶体在受到机械应力时会产生电荷，这种现象被称为压电效应。
后来人们发现，压电效应不仅存在于晶体中，还存在于一些陶瓷材料中，这就是压电陶瓷的起源。
压电陶瓷的工作原理可以通过晶体结构来解释。
压电陶瓷通常是由钛酸钡（BaTiO3）等材料制成的，这些材料具有特殊的晶体结构。
在正常情况下，压电陶瓷的晶体结构是不对称的，即晶格中的正负电荷不平衡。
当外力作用于压电陶瓷时，晶格结构会发生畸变，导致正负电荷重新排列。
这种电荷的重新排列就是压电效应产生的原因。
具体来说，当外力作用于压电陶瓷时，晶格结构会发生压缩或拉伸，导致晶体内部的正负电荷重新分布。
这种电荷的重新分布会导致压电陶瓷的两端产生电压差，从而产生电荷。
这就是压电陶瓷产生电荷的基本原理。
除了外力作用外，压电陶瓷还可以通过其他方式产生电荷。
比如，当压电陶瓷受到声波的作用时，声波的压缩和拉伸也会导致电荷的重新分布，从而产生电压差。
这种特性使得压电陶瓷在声波传感器中有着重要的应用。
除了产生电荷外，压电陶瓷还具有反向的效应，即当外加电压作用于压电陶瓷时，会导致晶格结构的畸变，从而产生机械运动。
这种特性使得压电陶瓷在压电换能器中有着重要的应用，比如压电陶瓷马达、压电陶瓷陶瓷等。
总的来说，压电陶瓷的工作原理主要基于压电效应，即在外力作用下产生电荷分离。
这种特殊的性质使得压电陶瓷在许多领域都有着重要的应用，比如传感器、换能器、陶瓷等。
随着科学技术的不断发展，相信压电陶瓷在未来会有更广泛的应用。
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。
压电陶瓷的压电原理
压电陶瓷的压电原理
压电陶瓷是一种能够产生压电效应的陶瓷材料。
压电效应是指当施加力或压力时，材料会产生电荷分离或电位差的现象。
这种效应是由于压电陶瓷的晶格结构特殊导致的。
压电陶瓷由于晶格结构的非对称性，使得在无外界力作用下，其正负电荷中心不重合，产生一个内部电场。
当外力施加在压电陶瓷上时，晶格结构会发生畸变，正负电荷中心会发生位移，导致内部电场发生改变，进而产生极化电荷。
当施加的外力移除时，晶格结构恢复原状，原本非对称的正负电荷中心也会重新恢复位置。
这种位移导致的电荷分离和内部电场的变化会引起压电陶瓷产生电势差或电荷分离，从而产生压电效应。
压电陶瓷由于其独特的压电原理，被广泛应用于传感器、声波发生器、电子过滤器等领域。
例如，在传感器中，当外界施加压力时，压电陶瓷会产生电荷分离，从而转化为电信号，进而实现压力的测量和监测。
在声波发生器中，通过施加电压，压电陶瓷会发生形变，并产生声波振动。
总之，压电陶瓷通过其晶格结构的非对称性，实现了外界力作用下的电荷分离和电场变化，从而产生压电效应，为电子、声波等技术产品提供了重要的功能。
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ppt课件
17
§ 7-1 压电陶瓷
3. 铌酸锂型 结构
顺电相
铁电相
• 氧八面体以共面形式重叠 • Li位于氧八面体的公共面 • Nb位于氧八面体中心 • 极化时，Li,Nb偏离中心位 置，沿c轴出现电偶极矩
18
§ 7-1 压电陶瓷
4. 铋层状结 构
Bi4Ti3O12
19
§ 7-1 压电陶瓷
§7-1-2 压电陶瓷的主要参数 作为介电材料，可用介电系数ε，介电损耗tgδ，绝缘电阻
33
§ 7-1 压电陶瓷
比较可知，BaTiO3压电性好，工艺性好，但致命弱 点是工作温区窄（0~120℃），且在工作温区内各压电 性能随温度变化很大，图5-1（P115）。因此相比之下， PbTiO3的工作温度区宽，性能更稳定。
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。
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 。
反映应力（应变）和电场（电位移）间的关系
21
§ 7-1 压电陶瓷
➢ 压电电压系数g：单位应力T所产生的电场强度E；或单位 电荷所产生的形变。
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§ 7-1 压电陶瓷
(2) Tc线以下，Zr：Ti=53：47附近有一同质异晶相界线 （准同型相界线），富钛侧为四方铁电相Ft，富锆一侧为 高温三方（三角）铁电相FR（高温），温度升高，这一相界 线向富锆侧倾斜，并与Tc线交于360℃（表明相界附近居 里温度Tc高），在相界附近，晶胞参数发生突变（见P119 图5-7）。
压电陶瓷特点
压电陶瓷特点
压电陶瓷是一种特殊的陶瓷材料，具有压电效应，即在施加或取消机械压力时会产生电荷分布的变化。
以下是压电陶瓷的一些特点：
1. 压电效应：压电陶瓷的最显著特点是具有压电效应。
当施加压力或拉伸力时，其晶格结构发生变化，导致正电荷和负电荷在陶瓷内部的分布发生变化，从而产生电荷。
这个电荷分布的变化产生的电场使得压电陶瓷呈现出电荷的极性。
2. 压电材料应用广泛：压电陶瓷广泛应用于传感器、换能器、声波器件等领域。
例如，压电陶瓷可以用于制造压电传感器，用于检测和测量压力、力、温度等物理量。
3. 高频响应：压电陶瓷具有较高的频率响应能力，因此常被应用于声波器件，如扬声器、超声波发生器等。
4. 机械刚性好：压电陶瓷具有较好的机械刚性，可以在较大的压力范围内保持其稳定性，这使得它在一些需要耐高压力环境的应用中具有优势。
5. 温度稳定性：压电陶瓷具有相对较好的温度稳定性，能够在一定温度范围内保持压电效应的稳定性。
6. 易加工：压电陶瓷易于制备和加工，可以通过陶瓷成型和烧结等工艺进行制造，使其形成不同形状和尺寸的器件。
7. 良好的电机械能换能性能：压电陶瓷具有良好的电机械能换能性能，即可以将电能转换为机械能，也可以将机械能转换为电能。
8. 耐腐蚀性：压电陶瓷具有较好的耐腐蚀性，可以在一些特殊环境下使用。
总体而言，压电陶瓷以其独特的压电性能在多个领域有广泛的应用，从传感器到声学器件等，都发挥着重要的作用。
压电陶瓷的压电原理及制作工艺
压电陶瓷的压电原理及制作工艺压电陶瓷是一种能够通过外加电压变形的材料，具有压电效应，即在外加电场的作用下，材料会产生机械变形；同时，当材料产生机械应力时，也会在其表面产生电荷分布。
压电陶瓷的压电效应是通过压电晶体的极化现象实现的。
压电陶瓷的制作工艺包括成分设计、制备、成型、烧结和极化等环节。
压电陶瓷的压电原理是基于压电效应的。
压电效应是指在应力作用下，晶体的分子结构发生改变，电荷重新排列，从而产生电荷的分布。
压电陶瓷的分子结构中，锆、钛、铁等离子在晶体中反复摆动，使得晶体的极性发生改变，从而引起电荷的分布。
当外加电场存在时，电场作用下的电荷摆动会增强压电效应。
1.成分设计：根据所需的电特性和机械特性，选择适当的无机氧化物材料组成压电陶瓷的成分。
通常采用的材料有PZT（铅锆钛）、PZN（铅锆钛酸钠）和PMN（铅镁钼酸钠）等。
2.制备：以合适的方式将所需的材料按照一定比例混合，形成混合物。
通常可以采用球磨或干法混合等方式进行材料的制备。
3.成型：将混合物进行成形，常用的方法有注塑成型、挤出成型和压制成型等。
在成型过程中，可以加入适量的添加剂，以调整材料的流动性和成型性能。
4.烧结：将成型后的陶瓷坯体进行烧结，使其在高温下形成致密的结构。
烧结的温度和时间会对陶瓷的性能产生重要影响。
5.极化：将烧结后的陶瓷材料放入极化装置中，施加高强度的电场进行极化处理。
极化可以增强材料的压电效应，提高其性能。
除了以上几个主要的制作步骤，还有一些其他的辅助工艺，比如表面处理、切割和电极连接等，以满足具体的应用需求。
总之，压电陶瓷是一种利用压电效应实现机械变形和电能转换的材料。
其制作工艺包括成分设计、制备、成型、烧结和极化等步骤。
压电陶瓷在各个领域都有广泛的应用，如声波和超声波发生器、压电换能器、压电陶瓷驱动器等。
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
压电陶瓷的医学应用-概述说明以及解释
压电陶瓷的医学应用-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述部分的内容如下：压电陶瓷是一种特殊的陶瓷材料，具有压电效应，即在受到外力作用时会产生电荷分离，从而形成电压信号。
这种材料的压电效应是由于其晶格结构的非对称性所导致的。
压电陶瓷具有多种优异的物理和化学特性，如稳定的压电性能、高机械强度和耐热性等，因此在医学领域有着广泛的应用前景。
本文将重点探讨压电陶瓷在医学领域中的应用。
压电陶瓷在医学领域中有许多潜在的应用，包括听觉传感器、超声诊断、医学成像、医疗治疗等方面。
通过利用压电陶瓷的压电效应，可以实现医学设备的高灵敏度、高分辨率和高效能。
同时，压电陶瓷还可以应用于体内植入物的制造，如人工耳蜗、神经刺激器等，为患者提供更好的治疗效果。
值得注意的是，尽管压电陶瓷在医学领域有着广泛的应用前景，但是其在临床实践中仍存在一些挑战。
例如，陶瓷材料的制备工艺较为复杂，且成本相对较高；陶瓷的脆性使其易于破碎；同时，在体内应用时需要考虑材料的生物相容性等因素。
因此，需要进一步的研究和发展，以克服这些技术和应用上的难点，并为医学领域的发展做出更大的贡献。
综上所述，本文将系统地介绍压电陶瓷的基本原理和特性，并重点关注压电陶瓷在医学领域中的应用。
随着技术的不断进步和创新，相信压电陶瓷在医学领域中的应用将会得到进一步的拓展和发展，为医疗技术的进步做出更多的贡献。
1.2文章结构文章结构部分的内容可以包括以下信息：文章的结构是指整篇文章的组织框架和主要部分的呈现顺序。
在本篇文章中，主要分为引言、正文和结论三个主要部分。
引言部分主要包括概述、文章结构和目的三个方面的内容。
1. 概述：在这部分，可以简要介绍压电陶瓷的概念、定义和基本原理。
可以提到压电陶瓷的特殊性质，比如能够通过机械应力反应产生电荷，或者通过外电场激发出机械振动等。
同时，也可以提到医学领域对于高性能材料的需求以及压电陶瓷在医学领域的潜在应用前景。
2. 文章结构：在这部分，可以简要介绍文章的整体结构和各部分的内容。
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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§ 7-1 压电陶瓷
压电系数d ：单位机械应力T所产生的极化强度P
d P / T （C/N）
或：单位电场强度V/x所产生的应变△x/x
d (x / x) /(V / x) x /V （m/V）
g E / T （V·m/N）
d和g实质上是相同的，只是在不同的角度反映了材料的压 电性能，d用得较为普遍，g常用于接收型换能器、拾音器， 高压发生器等场合。
§ 7-1 压电陶瓷
机电耦合系数k
k2
电
能
转变所得的机 输入的电能
械
能或
k2
机械能转变所得电能 输入的机械能
石英晶体化学式为SiO2，是单晶体结构。图（a）表示了 天然结构的石英晶体外形，它是一个正六面体。石英晶 体各个方向的特性是不同的。其中纵向轴z称为光轴，经 过六面体棱线并垂直于光轴的x称为电轴，与x和z轴同时 垂直的轴y称为机械轴。通常把沿电轴x方向的力作用下 产生电荷的压电效应称为“纵向压电效应”，而把沿机 械轴y方向的力作用下产生电荷的压电效应称为“横向压 电效应”。而沿光轴z方向的力作用时不产生压电效应。
§ 7-1 压电陶瓷
z
o
x
y
x
z z
b
o
o
y
x
cy
a
(a)
(b)
(c)
(a) 晶体外形； (b) 切割方向； (c) 晶片
§ 7-1 压电陶瓷
(a) 不受力时； (b) x轴方向受力； (c) y轴方向受力
_
Fy
Fy
_
+
+
Fx→
↓
↓
←Fx
+
_
_
±
+
+
_
Fx→
（b）无外力时[1000]晶面
_
+
_
+
_
←Fx
(c)x轴受压时[1000]晶面
+
_
+
↑
↑
Fy
(d)
y轴受Fy压时[1000]晶面
图 石英晶体的压电效应示意图
§ 7-1 压电陶瓷
当外力F=0时，压电陶瓷表面存在一层表面电荷，其 大小与压电陶瓷的束缚电荷相等，符号与束缚电荷相反， 因而晶体对外不显示电性。
在外力F的作用下，压电陶瓷产生形变，晶体的极化强 度发生变化，因而表面束缚电荷变化，晶体对外显示电 性——压电效应。
§ 7-1 压电陶瓷
2. 钨青铜型结构
• [BO6]氧八面体以顶角相连构 成骨架。
• B离子为Nb、Ta、W等。 • [BO6]骨架间存在三种空隙： A1（较大）、A2（最大）、C （最小）
• 氧八面体中心因所处位置的 对称性不同可能为B1和B2 • 填满型与非填满型。
钨青铜结构在（001)面上的投影
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。
§ 7-1 压电陶瓷
• 晶体具有压电性的必要条件是晶体不具有对称中心。 • 所有铁电单晶都具有压电效应。 • 对于铁电陶瓷来说，虽然各晶粒都有较强的压电效应，
§ 7-1 压电陶瓷
具有压电效应的材料称为压电材料。 压电材料能实现机—电能量的相互转换。
机械量
压 电 元件
压电效应的可逆性
电量
§ 7-1 压电陶瓷
在自然界中大多数晶体都具有压电效应，但压 电效应十分微弱。随着对材料的深入研究，发现石 英晶体、钛酸钡、锆钛酸铅等材料是性能优良的压 电材料。
§ 7-1 压电陶瓷
第七章(2) 压电陶瓷
§7-1 压电陶瓷 §7-2 透明电光陶瓷
§ 7-1 压电陶瓷
§7-1-1 压电材料概述 §7-1-2 压电陶瓷的主要参数 §7-1-3 铅基压电陶瓷 §7-1-4 无铅压电陶瓷
§ 7-1 压电陶瓷
重点掌握的几个概念： 压电效应 预极化 准同型相界 软性取代 硬性取代
陶பைடு நூலகம்的预极化示意图
§ 7-1 压电陶瓷
• 压电材料分类： 压电单晶 压电陶瓷 压电聚合物 压电复合材料
§ 7-1 压电陶瓷
• 应用举例： 水声技术：水声换能器 超声技术：超声清洗、超声乳化、超声分散 高电压发生装置：压电点火器、引燃引爆、压电变压器 电声设备：麦克风、扬声器、压电耳机 传感器：压电地震仪 压电驱动器
。。。。。。。。
§ 7-1 压电陶瓷
• 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
§ 7-1 压电陶瓷
1. 钙钛矿结构
ABO3： A：＋1,＋2,＋3 Na＋，K＋，Ba2+，La3+ B：＋5,＋4,＋3 Nb5+,Ti4+，Fe3+
但由于晶粒和电畴分布无一定规则，各方向几率相同， 使ΣP =0，因而不显示压电效应，故必须经过人工预极 化处理，使ΣP ≠0，才能对外显示压电效应。 • 陶瓷的压电效应来源于材料本身的铁电性，所有压电陶 瓷也应是铁电陶瓷。
§ 7-1 压电陶瓷
E
电致伸长
(a) 极化前
(b) 预极化后
剩余伸长
(c) 预极化后撤出外场
§ 7-1 压电陶瓷
§7-1-1 压电材料概述 • 正压电效应：在没有对称中心的晶体上施加机械作用
时，发生与机械应力成比例的介质极化，同时在晶体 的两端面出现正负电荷。 • 逆压电效应：当在晶体上施加电场时，则产生与电场 强度成比例的变形或机械应力。 • 正、逆压电效应统称为压电效应。 • 晶体的这种性质称为晶体的压电性。
§ 7-1 压电陶瓷
3. 铌酸锂型结构
顺电相
铁电相
• 氧八面体以共面形式重叠 • Li位于氧八面体的公共面 • Nb位于氧八面体中心 • 极化时，Li,Nb偏离中心位 置，沿c轴出现电偶极矩
§ 7-1 压电陶瓷
4. 铋层状结构
Bi4Ti3O12
§ 7-1 压电陶瓷
§7-1-2 压电陶瓷的主要参数 作为介电材料，可用介电系数ε，介电损耗tgδ，绝缘电
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 。
反映应力（应变）和电场（电位移）间的关系
§ 7-1 压电陶瓷
压电电压系数g：单位应力T所产生的电场强度E；或单 位电荷所产生的形变。