压电陶瓷压电陶瓷的晶体结构.PPT

§7-1 压电陶瓷 §7-2 透明电光陶瓷 §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 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。 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，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。 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 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 。。。。。。。。 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 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 §7-2 透明电光陶瓷 1. 什么叫透明陶瓷？ 2. 铁电陶瓷的电光特性 3. 常用电光陶瓷材料 4. 电光陶瓷工艺与要求 1. 什么叫透明陶瓷？ 具有多晶结构，但不是多相的陶瓷，并且具有特殊的晶界，有相当高的透明度，故称为透明陶瓷。（基本无气相，瓷体密度接近或达到理论值，且经过表面研磨，抛光）具有一定的光学性能（粒界为一层极其紧凑的，相当薄的过渡层），介于单晶与多晶之间的材料。 若透明的铁电陶瓷通过电场作用就可改变其光学性能，称为透明电光陶瓷。 2. 铁电陶瓷的电光特性 光线在介质中的传播速度是与介质的ε的平方根成反比。而铁电体中ε的大小可以通过外电场强度的控制来达到改变－→改变介质的折射率。 设外加偏置电场为E0，折射率为n 由外电场引起晶体折射率的变化，称为电光效应。 从本质上讲，透明陶瓷的电畴状态决定光学性质，而电畴状态又受控于电场，所以其光学性质是“电控 ”的，存在三种效应：电控双折射，电控光散射，电控表面形变。 1) 电控双折射 细晶陶瓷（≤2μm，电畴尺寸较小，故畴壁对光的散射作用很弱，主要为双折射效应。 外电场改变→Pr改变（Pr方向为光轴，PLZT极化后有统一的光轴）→双折射的变化→产生干涉现象。因此，通过控制电场的变化，借助于一定的装置，可使单色光产生从透过量最大到完全截止（消光）的变化。 可制成电控光阀，电控光谱滤色器。 2) 电控光散射 粗晶陶瓷（＞2～3μm），电畴尺寸大，畴壁对于横向（和畴壁切线相交的方向，不一定为畴壁的法向方向）入射光，将产生明显的散射作用，因而使透过光消偏振，掩盖了双折射效应。故外电场改变→电畴取向改变→控制光散射变化→光透过率变化。 可制成电控光阀，图像储存和显示器件。 3)?电控表面形变 与晶粒大小无关。 改变外电场→Pr的变化→表面处凹凸形变（电畴的局部反转→结晶轴向的局部改变）→电控表面形变。 可制成图像储存，记忆等器件。 P131 表5-11 PLZT瓷已达到商品化水平。 镧（La）在PZT中的固溶限较高，故PLZT可制成系列电光性能不同的透明陶瓷。 1) 具有很高的致密度，体积密度大于99%理论密度。（气孔是光散射中心） 2) 化学组成均匀。（否则介电系数波动过大，导致光波的传播速度、折射率变化大） 3) 表面具有足够的光洁度（否则表面反射）。 制备工艺要求： 1) 液相化学共沉法制PLZT（高纯、超细、化学计量比准确、化学组成均匀）； 2) 热压烧法（通氧热压烧结→高致密度，热等静压烧结）； 表面研磨→足够的光洁度。 § 7-2 透明电光陶瓷 § 7-2 透明电光陶瓷 § 7-2 透明电光陶瓷 光轴 o光 e光 · § 7-2 透明电光陶瓷 双折射现象 当一束自然光穿过方解石等晶体时，分成两条折射光的现象称为双折射现象。 白纸上涂一个黑点，将方解石放在纸上，可观察到两个黑点，旋转方解石，一个黑点不动，另一个黑点旋转。 这两条光线都是偏振光。 § 7-2 透明电光陶瓷 § 7-2 透明电光陶瓷 § 7-2 透明电光陶瓷 § 7-2 透明电光陶瓷 3.?常用电光陶瓷材料 § 7-2 透明电光陶瓷 4. 电光陶瓷工艺与要求 § 7-2