压电陶瓷基本知识.

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磷 压 铜 电 片 振 子
压 电 振 子
外 壳
叩 击 机 构
压电陶瓷点火示意图
压电陶瓷的基本概念
逆压电效应
节点支承 边缘支承 中心支承
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压电蜂鸣器工作示意图
压电陶瓷的基本概念
压电陶瓷的压电效应机理与石英晶体大不相同,未经极化 处理的压电陶瓷材料是不会产生压电效应的。压电陶瓷经 极化处理后,剩余极化强度会使与极化方向垂直的两端出 现束缚电荷(一端为正,另一端为负),由于这些束缚电 荷的作用在陶瓷的两个表面吸附一层来自外界的自由电荷 ,并使整个压电陶瓷片呈电中性。
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石英晶体和压电陶瓷的比较
石英晶体:一种单晶体,本身具有压电效应,居里点温 度高(高达573℃),稳定性好,精度高(精度可以达到小 数点后六位数),无热释电现象,工艺简单。但压电常数 小,成本高(相同的频点,石英要高4~10倍以上)。 压电陶瓷:一种多晶体,需要极化后才具有压电效应, 压电常数大,成本低。但居里点温度低(120~360℃),精 度低(精度只能满足到小数点后三位),制作工艺较为复杂 ,稳定性不如石英晶体,有热释电现象,会给传感器带来 热干扰。 两者都只能作动态测量。由于外力作用在压电元件上产生 的电荷只有在内部无漏损或外接负载RL趋于无穷大时, 其受力后产生的电荷才能保持,这实际上是不可能的。只 有外力不断变化或高频作用下,电荷才能得以补充,因此 从这个意义上讲,压电晶体不适合静态测量。
3、铁电陶瓷
某些材料在一定温度范围内具有自发极化。而且其自发 极化可以因外电场的作用而转向,材料的这种特性称为 铁电性。具有这种特性的陶瓷材料称为铁电陶瓷.
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Ps单个电畴的极化强度;Pr剩余极化强度;Ec矫顽电场。
压电陶瓷的基本概念 压电陶瓷的原理:压电效应
发展历史
1942 -1949
发现了BaTiO3压电陶瓷上的高介电 常数和铁电性、压电性。后续解决了 极化问题。
50年代
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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、滤波器等的应用研究。
发展历史
美国B.Jaffe等人发现了锆钛酸铅 (PZT)具有非常强和稳定的压电性, 促使压电器件的应用研究又大大地向 前推进了一大步。 为了保护地球和人类的生存空间,防 止环境的污染,非铅压电陶瓷成为未 来研究和应用的方向。
压电效应是指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。
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压电陶瓷的基本概念
压电效应的本质
F
----- - +++++ 极化方向 ----- +++++ +
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LOGO
压电陶瓷基本知识
压电陶瓷的基本知识
发展历史 压电陶瓷的基本概念
压电陶瓷的主要性能参数
压电陶瓷的制作工艺
压电陶瓷的应用
市场发展前景与方向
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压电陶瓷是什么?
压电陶瓷是一种具有压电效应的多晶体。因生产工 艺和陶瓷相近而得名。
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压电陶瓷基本概念
三 个 重 要 概 念
2、人工极化
人工极化就是在压电陶瓷上加一足够高的直流电场,并 保持一定的温度和时间,迫使其电畴转向,或者说迫使 其自发极化作定向排列。下图示意陶瓷中电畴在极化处 理前后的变化情况。
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压电陶瓷的基本概念
三 个 重 要 概 念
------

++++++ 极化 方向
------ ++++++
逆压电效应示意图
电 场 方 向
正压电效应示意图 (实线代表形变前的情况,虚线代 表形变后的情况)
正压电效应本质:机械作用引起介质极化。 逆压电效应的本质:电场作用引起介质极化。
压电陶瓷的基本概念
正压电效应
气体喷嘴 高 压 引 线
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压电陶瓷的基本概念
三 个 重 要 概 念 铁电晶体中存在着自发极 化方向不同的小区域,那 些自发极化方向相同的区 域称为电畴(黑色粗线为 畴壁)。
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对于自发极化而言,从宏 观统计来看,晶体中存在 着各个方向的自发极化, 它们相互抵消,宏观上对 外不呈现极性。
整体看来, 晶粒与晶粒的晶 格方向不一定相 同,排列是无规 则的。这样的结 构称其为多晶体。
各种规格的压电陶瓷片 晶粒的晶格取向示意图
发展历史
1880
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。
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1881
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。

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自由电荷 电极
束缚电荷

自由电荷
图5 束缚电荷和自由电荷排列示意图
压电陶瓷的基本概念
并非所有的陶瓷都具有压电效应。作为压电陶瓷的原材 料,在晶体结构上一定是不具有对称中心的晶体,如氧 化铅、氧化锆、氧化钛、碳酸钡、氧化铌、氧化镁、氧 化锌等。 在32种点群的晶体中,只有20种非中心对称点群的晶 体才有压电效应。 将这些原材料在高温下致密烧结,制成陶瓷,并将制好 的陶瓷在直流高压电场下进行极化处理,才能成为压电 陶瓷。 常用的压电陶瓷有钛酸钡、钛酸铅、锆钛酸铅以及三元 系压电陶瓷等。
1954
后来
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迄今
百度文库
压电陶瓷的应用,上至宇宙开发,下 至家庭生活极其广泛。
压电陶瓷的基本概念
三 个 重 要 概 念
1、自发极化
120℃以下,BaTiO3晶体结构稍有畸变,为四方结构, Ba2+和Ti4+相对于O2-产生了一个位移,结果导致正负电 荷中心不重合,产生了极化(自发极化),通常把这种转 变温度称为居里温度或居里点(Tc)。
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