第四章 压电功能材料.pptVIP

自动点火煤气灶 超声按摩器美容 B超仪 水中打捞、无损检测、石油开采 压电陶瓷特性之一是力——电特性，有力作用就产生电。 力有多种形式，可以说力是无处不有、无时不有。风力每时每刻有，海浪汹涌时时刻刻有，海浪拍打海岸更是力量无比。地面上，火车沿铁轨奔驰，地铁、轻轨机车沿轨道行驶，时时刻刻产生巨大的力。汽车行驶，人们步行都产生力。所有这些力都是无价的。如果能把这些无价力与压电陶瓷的力电特性挂起钩来，必然会产生有用的电。对此，让我们期待吧！ 一、概述 在1880年，居里兄弟首先在单晶上发现压电效应。 在1940年前，人们知道有两类铁电体：罗息盐和磷酸二氢钾盐，具有压电性。 在1940年后，发现了BaTiO3是一种铁电体，具有强的压电效应。是压电材料发展的一个飞跃。 在1950年后，发现了压电PZT体系，具有非常强和稳定的压电效应，具有重大实际意义的进展。 在1970年后，添加不同添加剂的二元系PZT陶瓷具有优良的性能，已经用来制造滤波器、换能器、变压器等。 随着电子工业的发展，对压电材料与器件的要求就越来越高了，二元系PZT已经满足不了使用要求，于是研究和开发性能更加优越的三元、四元甚至五元压电材料。 二、压电效应 压电效应产生的根源是晶体中离子电荷的位移，当不存在应变时电荷在晶格位置上分布是对称的，所以其内部电场为零。 但当给晶体施加应力则电荷发生位移，如果电荷分布不再保持对称就会出现净极化，并将伴随产生一个电场，这个电场就表现为压电效应。 压电系数或压电常数是压电介质把机械能（或电能）转换为电能（或机械能）的比例常数，反映了应力（T）、应变（S）、电场（E）或电位移（D）之间的联系，直接反映了材料机电性能的耦合关系和压电效应的强弱，从而引出了压电方程。 机电耦合系数（Kp）是压电材料进行机-电能量转换的能力反映。它与材料的压电常数、介电常数和弹性常数等参数有关，是一个比较综合性的参数。其值总是小于1。 4、弹性常数: 压电材料的弹性常数、刚度决定着压电器件的固有频率和动态 特性。 5、介电常数 6、介电损耗 PZT材料结构特征 压电陶瓷的制造工艺 工艺： 原料 配料 球磨 预烧 烧成 被银 极化 检测 （1）原料对性能的影响 原料的纯度和所处的状态对压电陶瓷材料的性能有极大的影响。同一配方，使用不同出处的原料可能得到不同性能的陶瓷，因此根据杂质对性能的影响，一般来说，配料中用量大的原料，要求纯度高些，要求达98%以上。而用量很小的添加剂，即使纯度低些也不致引入较多的杂质。 （2）合成条件对性能的影响 预烧的主要目的是为了使化学反应充分进行，合成钙钛矿型结构的主晶相。 500℃~600℃：未反应 600℃~700℃：PbO+TiO2 PbTiO3 700℃~750℃：PbTiO3+PbO+TiO2 Pb（Zr1-XTiX）O3 750℃~800℃：PbTiO3+ Pb（Zr1-XTiX）O3 Pb（Zr0.5Ti0.5）O3 （3）烧成条件对性能的影响 A 温度和时间 B 组成对烧结的影响 添加剂对烧结的影响： “软性”添加剂可以促进烧结；“硬性”添加剂使烧结不易进行；晶格畸变对烧结有利；液相烧结可以促进烧结 （4）极化程度对性能的影响 压电陶瓷材料必须经过极化之后才具有压电性能。 极化就是在直流电场的作用下使铁电畴沿电场方向取向。 同一配方，如极化条件不同，极化进行的程度不同，材料的性能指标可以相差很大。一般随着极化程度的提高，d33、Kp增加。介电损耗随着极化程度的提高而降低。Qm随极化程度的提高而升高。 高分子压电材料（PVDF） 　PVDF有很强的压电特性，同时还具有类似铁电晶体的迟滞特性和热释电特性， 因此广泛应用于压力、 加速度、 温度、 声和无损检测等领域。 尤其在医学中， 由于它与人体声阻抗十分接近， 无需阻抗变换， 且便于和人体贴紧接触、 安全舒适、 灵敏度高、 频带宽， 故广泛用作脉搏计、