锆钛酸铅系压电陶瓷PZT
pzt压电陶瓷晶体结构
pzt压电陶瓷晶体结构摘要：1.引言2.pzt 压电陶瓷的概念与特性3.pzt 压电陶瓷的晶体结构4.pzt 压电陶瓷的应用领域5.我国在pzt 压电陶瓷领域的研究进展6.结论正文：pzt 压电陶瓷是一种具有压电效应的陶瓷材料，广泛应用于各种电子元器件、传感器和换能器等设备中。
本文将详细介绍pzt 压电陶瓷的概念、特性、晶体结构、应用领域以及我国在该领域的研究进展。
pzt 压电陶瓷，即锆钛酸铅（PbZrO3）陶瓷，是一种具有良好压电性能的陶瓷材料。
压电效应是指在受到机械应力作用时，材料会产生电荷分布的现象。
pzt 压电陶瓷的这一特性使得它在电子领域具有广泛的应用。
pzt 压电陶瓷的晶体结构主要由锆、钛和铅原子组成。
在锆钛酸铅陶瓷中，锆和钛原子形成了具有极性的晶体结构，而铅原子则位于晶格间隙。
当受到机械应力时，晶体结构中的正负电荷中心发生相对位移，从而产生电荷。
pzt 压电陶瓷广泛应用于以下几个领域：（1）电子元器件：如压电陶瓷滤波器、压电陶瓷振荡器等；（2）传感器：如压力传感器、加速度传感器等；（3）换能器：如超声波换能器、声纳换能器等。
我国在pzt 压电陶瓷领域的研究取得了显著进展。
近年来，我国科学家通过优化材料配方、制备工艺和晶体结构调控等方法，提高了pzt 压电陶瓷的性能。
此外，我国还积极开展pzt 压电陶瓷在新型应用领域的探索，如能源转换、生物医学和航空航天等。
总之，pzt 压电陶瓷作为一种具有广泛应用前景的压电材料，其晶体结构、性能和应用领域等方面都得到了广泛关注。
我国在pzt 压电陶瓷领域的研究成果也为我国电子产业发展提供了有力支持。
锆钛酸铅系压电陶瓷原理
锆钛酸铅系压电陶瓷原理
锆钛酸铅（PZT）是一种重要的压电陶瓷材料，具有优异的压电性能。
其压电效应是指在施加机械应力或电场时，材料会产生形变或电荷分布的现象。
锆钛酸铅压电陶瓷的压电效应基于其晶体结构的特殊性质。
它是一种具有钙钛矿晶体结构的陶瓷材料，由锆、钛、铅的离子组成，化学式为Pb(Zr,Ti)O3。
在晶体结构中，Pb2+离子被锆离子和钛离子所包围，形成一个基本单元。
在施加机械应力或电场时，原子会发生位移或电荷重分布，进而引起整体的形变或电荷分布。
具体地说，当施加机械应力时，锆钛酸铅压电陶瓷会发生压电效应。
应力的作用导致晶体中离子位置发生微小改变，使得正负电荷的分布不再对称，从而产生极化现象。
这种极化使材料具有了压电性能，即在施加机械应力时产生电场。
相反地，当施加电场时，锆钛酸铅压电陶瓷会发生压电效应。
电场的作用会引起晶体中离子位置的微小改变，使得形变发生，从而产生压电效应。
锆钛酸铅压电陶瓷的压电性能使其在声学、机械、电子等领域具有重要应用，如压电换能器、压电驱动器、压电传感器等。
PZN_PZT压电陶瓷及其PVDF压电复合材料的制备和性能
文章编号:100023851(2002)0320070205收稿日期:2001210217;收修改稿日期:2001211223基金项目:国家自然科学基金资助项目(50072001)作者介绍:李小兵(1974),男,博士,主要从事压电复合材料方面的研究。
田 莳(1938),男,教授,主要从事压电复合材料研究。
PZN -PZT 压电陶瓷及其PV D F 压电复合材料的制备和性能李小兵,田 莳,李宏波(北京航空航天大学材料科学与工程学院,北京100083)摘 要: 采用固相烧结法合成了PZ N 2PZT (铌锌锆钛酸铅)三元系压电陶瓷烧结块材和粉末,并采用XRD 、SE M 等测试方法对其结构和性能进行了分析。
PZ N 2PZT 常压烧结陶瓷具有优良的压电性能,PZ N 2PZT 颗粒粒径在0.5～4Λm 之间,颗粒形态不太规整。
采用溶液共混法将PZ N 2PZT 粒子均匀分散于PVD F 基体中,制备了PZ N 2PZT PVD F 023型压电复合材料。
研究了PZ N 2PZT 质量分数、极化电场等因素对该压电复合材料压电和介电性能的影响。
实验结果表明,选用压电活性更高的压电陶瓷粉末进行复合,可有效提高压电复合材料的压电性能。
增加PZ N 2PZT 质量分数、提高极化电压均有利于复合材料压电性能的提高。
关键词: PZ N 2PZT ;固相烧结法;压电复合材料;溶液共混法中图分类号: TB 39 文献标识码:APREPARATI ON AND PR OPERTI ES OF PZN -PZT P I EZ OE L ECTR I C CERA M I CSAND PZN -PZT PV D F P I EZ OE L ECTR I C COM POSI TESL I X iao 2bing ,T I A N Sh i ,L I Hong 2bo(School of M aterials Science and Engineering ,Beijing U niversity of A eronautics and A stronautics ,Beijing 100083,Ch ina )Abstract : T ernary syste m p iezoelectric cera m ic m aterials PZ N 2PZT [Pb 0.955L a 0.03(Zn 13N b 2 3)0.3Zr 0.37T i 0.33O 3]and their pow dersw ere fabricated using s olid state sintered technol ogy .T heir structure and p roperties w ere studied by XRD and SE M .PZ N 2PZT cera m ics synthesized by the traditi onal sin 2tered m ethod contain w ell p iezoelectric p roperties.T he dia m eters of PZ N 2PZT pow ders are betw een 0.5～4Λm ,and the shape is irregular .PZ N 2PZT particles w ere incorporated into PVD F polym er m a 2trix homogeneously th rough s oluti on blended p rocess to fo r m PZ N 2PZT PVD F 023composite th in fil m s.T he effects of the cera m ic m ass fracti on and po ling electric field on the p iezoelectric and dielec 2tric p roperties of the p iezoelectric composites w ere studied .T he results show that the p iezoelectric p roperties of the composites could be i m p roved effectively th rough choosing the cera m ics containing better p iezoelectric p roperties as the filler .T he sa m e effects can be m ade w ith the increasing of PZ N 2PZT m ass fracti on and poling field .Key words : PZ N 2PZT ;s o lid state sin tered technol ogy ;p iezoelectric composites ;s oluti on blended p rocess 将具有强压电效应的压电陶瓷与柔性良好的压电聚合物按一定的连通方式、一定的体积或质量比例、一定的空间几何分布进行复合,可以使两种材料优势互补,获得既具有较强压电性又具有良好韧性的综合性能优异的压电复合材料。
2023-2028全球及中国锆钛酸铅(PZT)行业市场调研及投资前景分析报告
2023-2028全球及中国锆钛酸铅（PZT）行业市场调研及投资前景分析报告一、市场概述近年来，随着电子设备的快速进步和新兴技术的涌现，锆钛酸铅（PZT）作为一种重要的功能陶瓷材料，逐渐受到了广泛关注。
它具有良好的电性能、机械性能和热稳定性，在声波、超声波、传感器、电容器等领域有着广泛的应用前景。
本报告将重点分析2023-2028年全球及中国锆钛酸铅行业的市场调研及投资前景。
二、全球锆钛酸铅市场分析1. 锆钛酸铅市场规模及进步趋势依据市场调研数据显示，全球锆钛酸铅市场规模有望在2023-2028年之间稳步增长。
这主要受益于锆钛酸铅在电子设备、汽车电子、医疗器械等领域的广泛应用和需求增长。
同时，新兴技术的进步如物联网、5G通信等也将对锆钛酸铅市场带来更大的需求。
2. 锆钛酸铅市场主要应用领域目前，全球锆钛酸铅主要应用于声波和超声波系统、传感器、电容器以及其他电子器件中。
其中，声波和超声波系统是锆钛酸铅的主要应用领域，其在安防、汽车、航空航天等行业中有着广泛的应用。
3. 锆钛酸铅市场竞争格局当前全球锆钛酸铅市场竞争激烈，主要的生产厂商包括日本村田制作所、美国福特日立、中国台湾的 HCT Group 等。
这些公司通过技术研发、合作扩张等方式竞争，以满足市场需求。
三、中国锆钛酸铅市场分析1. 中国锆钛酸铅市场现状近年来，中国锆钛酸铅市场呈现快速增长的趋势。
随着国内电子产业的进步和政策的支持，中国的锆钛酸铅行业有着良好的进步前景。
同时，中国的制造成本较低，使得中国在全球锆钛酸铅市场中具有竞争优势。
2. 中国锆钛酸铅市场需求分析中国是全球最大的电子消费市场之一，近年来电子设备的销量持续增长。
这促使了锆钛酸铅市场需求的增加。
此外，中国制造业的转型升级和新兴技术的进步，也将进一步推动锆钛酸铅市场的需求。
3. 中国锆钛酸铅市场前景分析展望将来，中国锆钛酸铅市场有望保持稳定增长。
随着5G通信技术的推广和应用，锆钛酸铅在高频通信设备中的需求将进一步增加。
锆钛酸铅压电陶瓷的制备实验
锆钛酸铅压电陶瓷的制备实验引言：压电陶瓷我们将具有压电效应的陶瓷称为压电陶瓷，而压电效应分为正压电效应和负压电效应。
★正压电效应：当对某些晶体施加压力、张力或切向力时，则发生与应力成比例的介质极化，同时在晶体两端面将出现数量相等、符号相反的束缚电荷，这种现象称为正压电效应，如下图所示；★逆压电效应：当在晶体上施加电场引起极化时，将产生与电场强度成比例的变形或机械应力，这种现象称为逆压电效应。
注：实线代表形变前的情况；虚线代表形变后的情况。
自从十九世纪五十年代中期，由于钙钛矿的 PZT 陶瓷具有比 BaTiO3更为优良的压电和介电性能，因而得到广泛的研究和应用。
图 1-1 为 Pb(Zr x Ti 1-x )O 3体系的低温相图[1]。
在居里温度以上时，立方结构的顺电相为稳定相。
在居里温度以下，材料为铁电相，对于富 Ti 组分（0≤x ≤0.52）为四方相；而低 Ti 组分（0.52≤x ≤0.94）为三方相。
两种晶相被一条 x=0.52 的相界线分开。
在三方相区中有两种结构的三方相：高温三方相和低温三方相，这两种三方相的区别在于前者为简单三方晶胞，后者为复合三方晶胞。
在靠近 PbZrO3组分效应示意图（0.94≤x≤1）的地方为反铁电区，反铁电相分别为低温斜方相和高温四方相。
如图1-2 所示[10]，对于四方相，自发极化方向沿着六个<100>方向中的一个方向进行，而三方相的自发极化方向沿着八个<111>方向中的一个方向进行。
由于自发极化方向的不同，在不同的晶体结构中产生不同种类的电畴，在四方相中产生180o 和90o电畴，三方相中产生180o、109o、71o电畴。
一、实验目的：本实验主要是通过对具有压电性能的陶瓷材料PZT（锆钛酸铅）的制备来掌握特种陶瓷材料的整个工艺流程，并掌握一定的性能测试手段。
二、实验仪器：电子天平、粉末压片机、箱式电阻炉、成型模具、温度控制仪、准静态d33测量仪、极化装置、阻抗分析仪等。
发射型锆钛酸铅压电陶瓷材料的研究
发射型锆钛酸铅压电陶瓷材料的研究引言：发射型锆钛酸铅（PZT）压电陶瓷材料是一种具有优良压电性能的功能材料，广泛应用于传感器、换能器、压电致动器等领域。
本文将从PZT压电陶瓷材料的基本性质、制备方法以及应用领域等方面进行探讨。
一、PZT压电陶瓷材料的基本性质PZT压电陶瓷材料是一种铁电材料，具有优异的压电性能。
其压电系数高、耐高温性好、稳定性高等特点，使其成为研究的热点。
PZT材料的压电效应是由于晶格结构中铅离子的偏移引起的，通过外加电场的作用，可以使晶体发生机械位移。
此外，PZT材料还具有较高的介电常数和耐热性能，使其在传感器和换能器领域具有广泛的应用前景。
二、PZT压电陶瓷材料的制备方法PZT压电陶瓷材料的制备主要包括固相反应法、溶胶-凝胶法、水热合成法等。
固相反应法是一种常用的制备方法，通过将适量的氧化锆、氧化钛和氧化铅按一定的摩尔比例混合，在高温下进行固相反应，最终得到PZT陶瓷材料。
溶胶-凝胶法是一种化学合成方法，通过控制溶胶-凝胶过程中的温度、pH值等参数，可以得到均匀细致的PZT陶瓷材料。
水热合成法是一种新兴的制备方法，通过在高温高压下反应，可以制备出具有优异性能的PZT陶瓷材料。
三、PZT压电陶瓷材料的应用领域PZT压电陶瓷材料具有广泛的应用领域。
在传感器领域，PZT材料可以用于制作压力传感器、加速度传感器、力传感器等。
通过利用PZT材料的压电效应，可以将机械信号转化为电信号，实现对物理量的测量。
在换能器领域，PZT材料可以用于制作压电换能器、声波换能器、超声波换能器等。
通过利用PZT材料的压电效应，可以将电信号转化为机械信号或声波信号，实现能量的转换和传递。
此外，PZT材料还可以应用于压电致动器、超声波清洗器等领域，具有广阔的市场前景。
结论：PZT压电陶瓷材料是一种具有优良压电性能的功能材料，其在传感器、换能器、压电致动器等领域具有广泛的应用前景。
通过对PZT 材料的基本性质、制备方法以及应用领域的研究，可以进一步提高PZT材料的性能，并推动其在各个领域的应用。
锆钛酸铅压电系数
锆钛酸铅压电系数引言锆钛酸铅（Pb[Zr,Ti]O3，简称PZT）是一类重要的压电陶瓷材料，具有广泛的应用前景。
在该材料中，铅钛酸锆（PbZrO3）与铅钛酸钛（PbTiO3）形成了固溶体结构，具有优异的压电性能。
PZT的压电效应压电效应是指某些材料在受到外力作用时会产生电荷分离的现象。
PZT具有较高的压电系数，使其在传感器、换能器、储能器等方面得到广泛应用。
PZT的压电效应主要由其晶体结构确定。
PZT的晶体结构PZT晶体结构属于钙钛矿型结构，具有ABO3的化学式。
在PZT中，A位是Pb离子，B位是Zr与Ti的固溶体。
这种晶体结构使得PZT具有优异的压电效应。
锆钛酸铅的压电系数锆钛酸铅具有一系列的压电系数，用于描述其压电效应的强度。
常用的压电系数有长压电系数d33、剪切压电系数e31和e15等。
其中，长压电系数d33是最常用的评价指标。
影响锆钛酸铅压电系数的因素锆钛酸铅的压电系数受多种因素的影响，包括晶体结构、成分、工艺条件等。
了解这些因素对压电系数的影响，有助于优化材料性能。
晶体结构PZT晶体结构中，铅离子的位置和偏移对压电效应起到重要作用。
晶体结构的畸变程度与压电系数密切相关。
成分PZT的成分也会影响其压电性能。
通过调整Zr与Ti的固溶比例，可以改变晶体结构和性能。
工艺条件不同的工艺条件也会对PZT材料的压电系数产生影响。
例如，烧结温度、烧结时间等都会对材料的性能产生影响。
提高锆钛酸铅压电系数的方法为了提高PZT材料的压电系数，可以采用一些方法进行改进。
材料设计通过调整PZT的成分和添加其他掺杂物，可以优化材料的晶体结构和性能，从而提高压电系数。
工艺改进优化烧结温度、烧结时间等工艺条件，可以改善PZT材料的压电性能。
复合材料将PZT与其他材料复合，可以改变材料的结构和性能，从而提高压电系数。
结论锆钛酸铅具有优异的压电性能，是一种重要的压电材料。
了解影响其压电系数的因素，对优化材料性能具有重要意义。
压电陶瓷性能及PZT制备工艺
压电陶瓷性能及PZT制备工艺王幸福无机非金属材料工程 80308113摘要: 简单综述了压电陶瓷的性能及锆钛酸铅压电陶瓷制作方法,重点分析了锆钛酸铅压电陶瓷的掺杂改性的机理和作用。
以及压电陶瓷PZT未来发展的前景。
关键词: 锆钛酸铅;制作方法。
引言锆钛酸铅一Pb(Zr，Ti)03:(PZT)是一种具有多种应用功能的钙钦矿型ABO3结构铁电材料，是由铁电相PbTiO3(Tc=490℃)和反铁电相PbZrO3(Tc=230℃)组成的固溶体。
PbZrO3一PbTiO3:系固溶体(PZT)相图中，在x约为0.52一0.53附近存在一个铁电四方相(FT)和菱形相(FR)的交界区，就是我们通常称之为的准同型相界(MPB)。
在PZT的MPB上具有高的压电和介电特性，具有高的的居里温度，因此受到国内外相关研究者的广泛重视，使之成为迄今为止，应用最广的压电陶瓷材料。
一、PZT压电陶瓷结构特征及特点1.1钙钛矿结构特征PZT 陶瓷是指锆钛酸铅( PbZr x Ti1 - xO3 , PZT)陶瓷,它是ABO3 型钙钛矿(perovs kites) 结构,Zr ,Ti 处于氧八面体的中心,Pb 处于氧八面体的间隙。
单元结构如图1 所示[1]。
1.2锆钛酸铅(PZT)结构特点PZT压电陶瓷是属于钙钦矿结构的压电晶体。
向PbTIO3:中掺入Zr形成锆钛酸铅(PZT)陶瓷材料，用途广泛。
Ti与Zr在结构中呈完全类质同像，但Z/rTi比值不同使材料的结构也不同，在铁电四方和三方相界附近，PZT材料具有优良的压电、介电和热电性能。
锆钛酸铅固溶体相图如图1.4所示[2]，在相变温度以下，当错/钦比z/rTi=53/47时，存在一条准同型相界。
准同型相界的右边(富钦一边)为四方晶相，左边(富错一边)为三方晶相。
实际上，准同型相界有一定的宽度范围，在此范围内，两相共存，数量关系遵从“杠杆定理”。
A0:反铁电斜方相，AT:反铁电四方相，F以HT:)铁电菱形相(高温)RF(TL:)铁电菱形相(低温)，FT：铁电四方相，Pc:顺电立方相二、压电陶瓷的性能表征2.1介电常数介电常数反映材料的介电性质，或极化性质，通常用ε表示。
课程设计(PZT材料结构及制备原理)
粉料经混合、煅烧来合成PZT , 然后经过机械粉磨获得PZT 粉体。传统的固相反应 法是将ZrO2 , TiO2和PbO等氧化物粉料通过粉磨混合均匀,在高温下煅烧合成,然后 再经机械粉磨获得钙钛矿相PZT粉体。 由于该方法具有成本低产量高以及制备工艺相对简单等优点,仍然是目前国内 外合成PZT粉体应用最普遍的方法。利用固相反应法合成PZT粉体时,一般要经历生 成PbTiO3或PbZrO3的中间反应,导致所合成的PZT相组成波动和不均匀, 使得准结晶 学相界(MPB ) 产生弥散,严重影响材料的铁电、压电和介电性能。另外,固相反应 法合成PZT的煅烧温度较高,一般不低于1100 ℃，易于产生硬团聚,粉体颗粒较粗, 烧结活性低, 需要较高的烧结温度(1200 ℃)和较长的烧结时间,才能获得烧结致 密的PZT陶瓷。这使得在煅烧合成和烧结的过程中,铅挥发损失严重,难以保证准确 的化学计量比,在PZT结构中产生铅或氧空位缺陷,影响制品性能。机械固相反应法 合成钙钛矿相PZT粉体一般先将PbO, TiO2 , ZrO2原料粉体湿法球磨混合,烘干后得 到具有较高反应活性的超细粉体,然后置于高速摇摆磨或星星磨机中,干法高速球 磨,反应合成钙钛矿相PZT粉体。在干法球磨过程中,反应物经历了无定型化、钙钛 矿相PZT成核和和长大等过程,最终实现PZT超细粉体的合成。机械化学固相反应法 合成的PZT粉体不仅具有超细,分散性好等特点,而且由于是在一个密闭的系统中, 没有铅的挥发损耗,很好的保持了化学组成,并且在机械化学反应的过程中,没有 PbTiO3或PbZrO3等中间相出现,所合成的PZT粉体相组成更加均匀,克服了传统的固 相反应法固有的缺陷。
4
PZT 材料固相反应的方法和原理
所谓固相反应，从广义上来讲，凡是有固相参与的反应，都是固相反应。从狭
锆钛酸铅（PZT）粉体的制备
1.1锆钛酸铅（PZT ）粉体的制备一、实验目的1．用氧化物原料经固相反应制备出PZT 粗料，再经球磨工艺制备出符合一定粒度要求的锆钛酸铅（PZT ）粉体。
2．通过实验了解固相反应的原理。
3．了解粉磨方法之一──球磨法及球磨过程中球直径的选择。
二、基本原理实验中选用的陶瓷组成为PZT （PbZr 0.52Ti 0.48O 3）。
将氧化铅、二氧化钛和二氧化锆原料按反应化学方程式中所需的配比混匀，压成粗料块。
再经由高温固相反应制备出PZT 粗料。
预烧后的PZT 粗料经球磨工艺制备成直径在1-10μm 的粉体。
1．配料计算氧化铅、二氧化钛和二氧化锆三种氧化物高温下的反应方程式为：PbO + 0.52ZrO 2 + 0.48TiO 2 == PbZr 0.52Ti 0.48O 3223.199 64.075 38.335 325.609M PbO M ZrO2 M TiO2 W根据反应的化学方程式，要制备出W(g)的PbZr 0.52Ti 0.48O 3需要PbO 、ZrO 2、TiO 2的质量分别为：)(6855.0609.325199.223g W W M PbO =⨯=（1） )(1968.0609.325075.642g W W MZrO =⨯= （2） )(1177.0609.325335.382g W W MTiO =⨯= （3） 对于本实验，要制备W ＝52（g ）（约0.16摩尔）左右的PbZr 0.52Ti 0.48O 3，通过式（1）、（2）、（3）计算得M PbO 为35.646(g)，M ZrO2为10.234(g)，M TiO2为6.12(g)。
2．固相反应 广义地讲，凡是有固相参与的化学反应都可称为固相反应，但在狭义上，固相反应常指固体与固体间发生化学反应生成新的固体产物的过程。
狭义固相反应通常的反应历程如下：反应一开始是反应物颗粒之间的混合接触，并在表面发生化学反应形成细薄且含大量结构缺陷的新相，随后发生产物新相的结构调整和晶体生长；当在两反应颗粒间所形成的产物层达到一定厚度后，进一步的反应将依赖于一种或几种反应物通过产物层的扩散而得以进行。
PZT压电陶瓷介绍和测试方法-PPT精选文档
– 具有显著的介电、压电和铁电特性 – PZT铁电厚膜兼有块状材料和薄膜的优点，可在低压和高频条件工作
– 压电厚膜微致动器作为磁记录行业的首选材料，被用来解决硬盘驱动器磁头精确定位的难题
应用范围：机械能电能相互转换类传感器
Q Ua Ca
电荷等效模型
F
压电常数 d
Q=U*C
HSA PZT 压电陶瓷应用介绍
HSA （磁头悬臂装置）结构及功能介绍
PZT元件作用是利用其高压电常数特性，使读写磁头发生水平位移，从而使HSA 水平旋转和 精确寻轨
交变电压
U 型刚体 电荷变化
PZT 元件
位移变化
精确寻轨
HSA
HSA PZT 工作原理
定义
在外力作用下产生电流，或反过来在电流作用下产生力或形变的一种功能材料
类别
类 别
石英晶体 压电陶瓷
材 料
单晶体、水晶 （人造、天然） 人造多晶体 压电半导体
成 分
SiO2 钛酸钡、PZT 钡、铌酸盐系 压电特性 半导体特性
特 性
d11=2.31×10-12C/N， 压电系数稳定，固有频率稳定 承受压力700-1000Kg/cm2 压电系数高 d33=190×10-11C/N 品种多、性能各异 集成压电传感器 质轻柔软、抗拉强度高、 机电耦合系数高
正压电效应：F（应力或形变）输入--->Q\U （电量或电压） 逆压电效应： Q\U （电量或电压）输入--->F（应力或形变）输出
压力输入F
电压输出
形变输出
电压输入
压电介质
PZT压电陶瓷的制备
制备分子式为PZT（Pb0.95Sr0.05(Zr0.5Ti0.5)O3＋0.5 %Cr2O3＋0.3 %Fe2O3）压电陶瓷
今采纳原料纯度如下的的配料进行配比
原料名称
纯度
原料名称
纯度
铅丹
Pb3O498.0
二氧化钛
TiO299.0
碳酸锶
SrCO397.0
三氧化铁
Fe2O398.9
二氧化锆
研究说明，研究者常采纳加入过量的氧化铅成份来弥补铅的损失，加入过量的氧化铅在烧结时呈现液相，有助于粉体的致密化行为，但却降低了烧结体的致密度，又由于在PbO液相中TiO2溶解度大于ZrO2的溶解度,过量的氧化铅有可能使烧结的PZT陶瓷中钛含量偏高，而铅的热损失机理有待于进一步研究。
2. PZT
压电陶瓷性能的好坏与它的制造工艺关系超级紧密。关于同一配方，工艺条件转变能够引发材料性能上的专门大不同.在生产中必需严格操纵工艺进程。PZT型压电陶瓷的生产进程一样包括以下几个步骤:配料、混合、预烧、粉碎、成型、排塑、烧结、被电极、极化、测试 其中预烧是关键工序之一，那个工序包括了4种物理学进程:粒子的线膨胀(室温～４００℃)，固相反映（４００℃到７５０℃）、样品收缩（７５０℃～８５０℃）、晶粒长大（８００℃以上）。其中固相反映是关键，由于生成PZT化学反映不是在熔融状态下进行的，而是在比熔点低的温度下。由固体颗粒间的扩散来完成的，故称为“固相反映”。
通过选取组成处于准同型相界(MPB)周围的PbZr0.52Ti0.48O3作为研究对象,结合传统固相烧结法制备PZT压电陶瓷的优缺点,改变传统的氧化物原料,提出两种低温制备PZT压电陶瓷的新方式。重点研究了以乙酸铅、偏钛酸、碳酸锆和草酸为原料的低温制备新工艺,讨论研磨时刻、Zr/Ti比、预烧温度和终烧温度四个因素对本工艺的阻碍。通过度析TG-DTA、XRD、SEM和样品的电性能,确信较佳的工艺条件是在Zr/Ti=0.40/0.60下,研磨12 h,在750°C预烧2h,在950°C下终烧2h,现在制备取得的PZT陶瓷的相对介电系数和压电系数均为最大值:εr=824,tanδ=0.986%, d33=372pC/N。研究说明,此新方式对制备PZT￡E电陶瓷是行之有效的,而且样品的电性能略高于传统固相法制备取得PZT压电陶瓷的性能,而且本钱低廉,工艺简单,烧结温度低,具有工业应用价值,是一种具有庞大进展潜力低碳绿色环保的新工艺。
PZT压电陶瓷介绍和测试方法PPT课件
表现形式
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基本知识介绍
等效模型
正压电效应和逆压电效应等效模型如下：
正压电效应：F（应力或形变）输入--->Q\U （电量或电压） 逆压电效应： Q\U （电量或电压）输入--->F（应力或形变）输出
压力输入F
电压输出
形变输出
电压输入
压电介质
压电介质
HSA PZT 结构示意图
U 型刚体
悬臂弹性区 压电微制动器 滑块
音圈电机
悬臂刚性区
HSA 系统架构
.HSA PZT 结构切片示意图
PZT 元件
PZT 元件
环氧胶
U 型刚体
环氧胶
HSA 压电微制动器
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HSA PZT 压电陶瓷应用介绍
PZT 不良背景介绍
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The End
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品种多、性能各异
集成压电传感器
质轻柔软、抗拉强度高、 机电耦合系数高
参数
压电常数 弹性常数（刚度） 介电常数 机电耦合系数
电阻 居里点
压电效应强弱：灵敏度 固有频率、动态特性 固有电容、频率下限 机电转换效率 泄漏电荷、改善低频特性
. 丧失压电性的温度
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基本知识介绍
压电材料
PZT 压电陶瓷 （锆钛酸铅陶瓷）---压电效应
基本知识介绍
等效电路
静电发生器或绝缘介质平板电容器：外部机械硬力作用下，电极两端产生极性相 反电量相等的电荷
机械应力 F
+++++ 等效
____ _
电极
压电陶瓷环pzt的工作原理
压电陶瓷环pzt的工作原理
压电陶瓷环PZT的工作原理基于压电效应。
PZT（锆钛酸铅）是一种压电陶瓷材料，当施加外力或机械应力时，它会发生形变，从而产生电荷的极化现象，这种现象被称为正压电效应。
相反地，当在压电陶瓷材料上施加电场时，材料会发生形变，产生机械位移或力量，这被称为逆压电效应。
压电陶瓷环是一种管状的压电陶瓷，它的内径表面和外径表面印刷有导电电极（通常为银电极）。
除了内外表面外，内部材料均为PZT压电陶瓷。
当对内外电极施加电压时，压电陶瓷环会产生径向伸缩的位移，这是逆压电效应的表现。
利用这种特性，压电陶瓷环可以将电能转换为机械能，从而实现精密的机械运动或振动。
此外，压电陶瓷环也可以用于传感器应用，当外界施加机械力或压力时，压电陶瓷环会产生电荷输出，这是正压电效应的应用。
因此，压电陶瓷环被广泛应用于精密机械、声学、电子、通讯等领域。
需要注意的是，压电陶瓷材料在制造过程中需要严格控制成分和烧结工艺等因素，以确保其具有优良的压电性能和机械性能。
同时，在使用过程中也需要注意避免过高的电压或机械应力，以避免材料的损坏或失效。
锆钛酸铅( PZT )在压电陶瓷驱动器中的应用
锆钛酸铅( PZT )在压电陶瓷驱动器中的应用1 前言智能材料包括感知材料和驱动材料。
感知材料是一类对外界或内部的应力、应变、热、光、电、磁、辐射能和化学量等参量具有感知功能的材料,用它们可以制成各种传感器件; 驱动材料则是能对环境条件或内部状态变化作出响应并执行动作的材料, 用它们可以制成各种驱动器件。
智能器件是由智能材料所制成的、具备传感驱动功能的执行器。
智能结构则是由材料和器件所构成的, 集传感、信号处理、控制和驱动于一体的材料系统或结构体系, 它能感知环境或内部参量, 进行信息处理, 发出指令, 执行并完成动作, 从而实现自诊断、自修复和自适应等多种功能。
智能材料系统和结构的应用十分广泛, 不仅在国防尖端武器如飞机、军舰等, 而且在国民经济各个领域, 特别是高技术领域具有重大战略意义。
当前完成智能材料系统和结构的主要材料有形状记忆材料、压电材料( 含压电陶瓷、压电聚合物) 、电致伸缩材料、光纤和电流变体、磁流变体等。
利用这些机敏材料的功能, 加上巧妙精细的复合设计和制作便得到驱动、传感和控制于一体的材料系统和结构。
压电材料是智能材料系统和结构中的一类主要材料。
具有压电效应的电介质晶体在机械应力的作用下将产生极化并形成表面电荷, 若将这类电介质晶体置于电场中, 电场的作用将引起电介质内部正负电荷中心发生相对位移而导致形变。
由于压电材料具有上述特性, 故可实现传感元件与动作元件的统一。
压电材料可广泛地应用于智能材料与结构中, 特别是可以有效地用于材料损伤自诊断、自适应、减振与噪声控制等方面。
压电材料发展的类型主要有单晶、多晶、微晶玻璃、有机高分子、复合材料等。
20世纪80年代以来，随着压电陶瓷材料从二元系向三元、多元系的开发研究高潮的结束，压电材料的研究一度进展缓慢。
随着科学技术快速发展，应用需求牵引下的开发探索给予了压电材料研究的新动力，加上科技工作者在基础性研究和生产工艺改进上的不懈努力，近十几年来，新型的压电材料不断涌现出，使得压电材料研究的面貌焕然一新。
锆钛酸铅系压电陶瓷PZT课件
电子乐器
PZT也被用于制作各种电子乐 器，如电子琴和电子鼓。
PZT压电陶瓷的制造工艺
配料与混合
配料
按照所需的化学计量比，称取锆 酸铅（PbZrO3）、钛酸铅（ PbTiO3）和二氧化钛（TiO2） 等原料。
混合
将称取好的原料放入球磨机中， 加入适量的溶剂和磨球，进行长 时间球磨，使原料混合均匀并形 成均一的浆料。
表面金属化与极化
表面金属化
在陶瓷表面涂覆一层金属电极材料，如镍、银等，以便于与 外部电路连接。
极化
在陶瓷上施加直流电场，使其内部正负电荷中心发生相对位 移，从而获得压电效应。
PZT压电陶瓷的性能优化
掺杂改性
掺杂改性是通过在锆钛酸铅（PZT）中加入其他元素来改变其性能的一种方法。
常见的掺杂元素包括镧、锶、铯等，这些元素可以取代PZT中的部分锆或钛离子， 从而改变其电学、热学和机械性能。
掺杂改性有助于提高PZT的压电常数、机电耦合系数和机械品质因数等关键性能参数。
热处理与晶界工程
热处理是优化PZT性能的重要手段， 通过控制热处理温度和气氛，可以影 响PZT的相变、晶体结构和缺陷状态。
热处理与晶界工程结合使用，可以实 现PZT性能的综合优化，提高其稳定 性和可靠性。
晶界工程是通过优化晶界结构来改善 PZT性能的方法，例如通过控制晶粒 尺寸和晶界相组成，可以提高PZT的 抗疲劳性能和降低漏电流。
PZT压电陶瓷的市场与未 来发展
PZT的市场现状
全球PZT压电陶瓷市场规模持 续增长，应用领域不断扩大。
PZT压电陶瓷在智能传感器、 超声波仪器、电子陶瓷等领域 占据主导地位。
中国PZT压电陶瓷市场发展迅 速，成为全球最大的生产国和 出口国。
锆钛酸铅系压电陶瓷PZT课件
多功能化
压电陶瓷的应用领域不断 拓展，需要具备多种功能 ，如温度稳定性、抗腐蚀 性、高韧性等。
技术创新的挑战
制备技术
表面处理技术
如何通过改进制备技术提高压电陶瓷 的性能和稳定性，是技术创新的重点 之一。
为了满足应用需求，需要对压电陶瓷 表面进行涂层、改性等处理，以提高 其耐腐蚀、耐磨和抗疲劳等性能。
市场发展的展望
市场需求增长
随着科技的发展和应用的拓展， PZT压电陶瓷的市场需求呈现不
断增长的趋势。
技术创新推动
技术创新是推动PZT压电陶瓷市 场发展的关键因素，新材料的研 发、制备技术的改进以及应用领 域的拓展将进一步推动市场发展
。
竞争格局变化
随着新材料的涌现和技术的进步 ，PZT压电陶瓷市场的竞争格局 将发生变化，具有技术创新能力 和市场拓展能力的企业将占据竞
压电发电机
在大型机械中，PZT压电陶瓷可以将机械能转换为电能，用于回收能源。
Part
04
PZT压电陶瓷的发展趋势和挑 战
新材料的发展趋势
01
02
03
高性能化
随着科技的发展，对压电 陶瓷的性能要求越来越高 ，如提高压电常数、机电 耦合系数和稳定性等。
环保化
随着环保意识的增强，无 铅、低铅的压电陶瓷成为 未来的发展趋势，以满足 环保要求。
微观结调控
通过调控压电陶瓷的微观结构，如晶 粒尺寸、晶界相和畴结构等，可以提 高其性能。
市场发展的挑战
竞争激烈
随着技术的进步，越来越多的新 材料涌现出来，PZT压电陶瓷面
临着激烈的竞争。
成本压力
随着原材料价格的上涨和环保要求 的提高，PZT压电陶瓷的生产成本 不断上升，市场竞争力受到挑战。
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常用压电材料性能参数
２、压电式传感器
前置放大器的作用： 放大压电元件的微弱信号； 高阻抗输入变为低阻抗输出。
１. 电压放大器
电压输出型压电传感器测量电路
２.电荷放大器
电荷输出型压电传感器测量电路
５.３ 压电式传感器的应用
压电元件是一种典型的力敏感元件。具有体积小、
重量轻、结构简单、工作可靠、固有频率高、灵敏
度和信嗓比高等优点，应用广泛。在检测技术中， 常用来测量力和加速度等。 它的主要缺点是无静态输出，要求有很高的输出阻 抗，且一些压电材料的工作温度不高。
第5章 压电式传感器
本章主要介绍以下内容: 1、压电式传感器工作原理
2、等效电路和测量电路
3、压电式传感器的应用 重点是掌握压电式传感器的转换原理，两种放大 电路的分析及传感器的应用。
５.１ 工作原理
１、压电效应及压电材料
对于某些晶体或陶瓷：
当沿着一定方向受到外力作用时，内部就产生极化现 象，同时在某两个表面上产生符号相反的电荷； 当外力去掉后，又恢复到不带电状态； 当作用力方向改变时，电荷的极性也随着改变； 晶体受力所产生的电荷量与外力的大小成正比。 上述现象称为正压电效应。反之，如对晶体施加 一定变电场，晶体本身将产生机械变形，外电场撤离， 变形也随着消失，称为逆压电效应。
１、压电式测力传感器
２、压电式加速度传感器
F ma
３、压电式报警器
４、压电式测量均匀压力传感器
压电式压力传感器
⑤时间稳定性：压电特性不随时间蜕变。
分类： 单晶体 • 石英（SiO2）：最早使用，天然晶体，稳定，高 强度，温度稳定性好，但压电常数小； • 水溶性压电晶体（酒石酸钾钠、硫酸锂等）： 压电常数大，但受温、湿度影响大；
• 铌酸锂晶体：耐高温、压电性能和时间稳定性好，
但质脆，热冲击性差；
多晶体（压电陶瓷） • 钛酸钡压电陶瓷：压电常数高，价格便宜，但机械
压电元件的连接形式
C 2C , U U , Q 2Q
C C / 2 ,U 2U , Q Q
压电元件受力后的变形方式：
５.２ 等效电路和测量电路
压电式传感器对被测量的变化是通过其压电元件产生电荷量 的大小来反映的，因此它相当于一个电荷源。 压电元件电极表面聚集电荷时，它又相当于一个以压电材料 为电介质的电容器，其电容量为：
剪切力的作用方向
压电材料
对压电材料的要求：
①转换性能：具有较高的耦合系数或具有较大的压电常 数；
②机械性能：压电元件作为受力元件，希望它的机械强 度高、机械刚度大。以期获得宽的线性范围和高的固有 振动频率； ③电性能：希望具有高的电阻率和大的介电常数，以期 望减弱外部分布电容的影响并获得良好的低频特性； ④温度和湿度稳定性要好：具有较高的居里点、以期望 得到宽的工作温度范围；
q dijσ
（dij——压电常数）
压电常数下标的含义： • 第一个下标：表示极化方向， i=1,2,3分别代表X，Y，Z轴； • 第二个下标：表示作用力的方向， j=1,2,3,4,5,6分别代表沿X轴，Y轴，Z轴方向的单向应力和 垂直于X轴，Y轴，Z轴平面（即YZ平面，XZ平面，XY平面）作 用的剪切力；
பைடு நூலகம்
r 0 S Ca
式中 s -- 极板面积 r -- 压电材料相对介电常数 0 -- 真空介电常数 δ-- 压电元件厚度
压电元件受外力作用时，两表面产生等量的正负电 荷Ｑ，压电元件的开路电压Ｕ为
U Q / Ca
等效电路
实际等效电路
电荷等效电路
电压等效电路
测量电路
压电传感器的测量系统如图
石英晶体
Qx d11 Fx
石英晶体压电效应示意图 沿X轴或Y轴作用力，产生压电效应； 沿Z轴作用力，不产生压电效应
压电片受力电荷极性
纵向压电效应 （沿X轴作用力）
横向压电效应 （沿Y轴作用力）
石英晶体受力方向与电荷极性的关系
压电陶瓷
压电陶瓷的极化过程和压电原理图
压电方程与压电系数