压电陶瓷基本知识.

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
www.themegallery.com
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。
www.themegallery.com
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.
www.themegallery.com
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
www.themegallery.com
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。
www.themegallery.com
压电陶瓷的基本概念
压电效应的本质
F
－－－－－ － ＋＋＋＋＋ 极化方向 －－－－－ ＋＋＋＋＋ ＋
www.themegallery.com
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
www.themegallery.com
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。
www.themegallery.com
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。
www.themegallery.com
压电陶瓷的基本概念
三 个 重 要 概 念
－－－－－－
Ｅ
＋＋＋＋＋＋ 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
www.themegallery.com
www.themegallery.com
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）。
www.themegallery.com
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。
www.themegallery.com
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。

www.themegallery.com
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
www.themegallery.com
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）。