[工学]压电和热释电陶瓷.ppt

先进陶瓷工艺学（功能陶瓷） 授课老师：吴坚强 13 压电和热释电陶瓷 13.1.1 压电陶瓷的内部结构 13.1.1.2 晶体的内部结构 应用广泛的压电陶瓷 13.1.1.3 晶体的结构随温度变化的情况 BT和PT晶格常数与温度关系图 13.1.2 压电陶瓷的自发极化与电畴 (2)在外电场作用下的电畴运动 压电陶瓷中的电畴在极化前后变化的示意图 (3) 电畴运动所引起的变形 13.1.3 压电效应及压电效应表示式 正压电效应与逆压电效应 正、逆压电效应示意图 13.1.3.2 正压电效应表示式 13.2 压电陶瓷的性能参数 13.2.1 压电陶瓷的参数 13.2.1.2 介质损耗 13.2.1.3 弹性常数 开路和短路弹性柔顺常数 13.2.1.4 机械品质因子Qm 13.2.1.5 压电常数(1)(2) 压电常数(3)(4) 选 (T，E) (T，D) (S，E)和(S，D)为自变量相应的压电常数 13.2.1.6 机电耦合系数 常用的几种机电耦合系数 机电耦合系数 蜂鸣片 13.2.1.7 频率常数N 压电振子振动模式及相关特性 小结 13.3 典型耦合压电陶瓷 13.3. 2 锆钛酸铅 不同锆钛比成分的居里温度 13.3.2.2 锆钛比对锆钛酸铅性能的影响 13.3.3 三元系压电陶瓷 13.3.4 复合钙钛矿型压电陶瓷 压电陶瓷的离子组合改性 13.4 压电陶瓷的生产工艺 13.4.1.3 烧结 上电极与极化 小结 13.5 压电陶瓷的应用 横纵向型变压器的等效电路 高性能低烧多层变压器及背光电源 13.5.1.3 其它的应用 13.5.3 在计测仪器上的应用 13.5.5 在超声仪器上的应用 声体波器件(压电陶瓷滤波器和陷波器) 4 、压电陶瓷滤波器与陷波器在电视机中的应用举例 （2）XT6.5MB陷波器 13.6 热释电陶瓷 2.电生热效应 13.6.2 热释电陶瓷的结构和性能 3.机理： 热释电机理（续） 13.6.2 热释电陶瓷的主要应用 基于热释电红外传感器的报警系统 作业 压电元件的谐振频率与沿振动方向的长度的乘积为一常数，称为频率常数N（千赫·米）。例如，陶瓷薄长片沿长度方向伸缩振动的频率常数NL为： NL=fr×L 将薄长片沿长度方向的谐振频率 ，代入上式，即得 由此可见，压电元件的频率常数只与材料的性质有关，与元件的外形尺寸大小无关。 应用： 1、若知道材料的频率常数，即可根据所要求的频率来设计元件的外形尺寸。NL一定，改变L ，可以调整fr； 2、尺寸一定，fr更高，选用切变或厚度振动模式； 3、可以通过上式来计算材料的杨氏模量。 设计压电陶瓷滤波器时由f0确定适用频段 ，再由适用相对 带宽(%)确定振动模式 。 1、未经极化工序处理以前，压电陶瓷是一个各向同性的多晶体，如ε11，ε22和 ε33完全相同 。经过极化工序处理以后压电陶瓷是一个各向异性的多晶体。 2、样品的机械条件不同，自由介电常数与夹住介电常数有很大差别。 机械自由介电常数εT :  E作用----陶瓷产生形变S（即一级压电效应）---(未夹住S ≠0) 陶瓷产生附加的电场E ’---产生压电效应（即二级压电效应）---ε叠加。 机械夹住介电常数εS : E作用----陶瓷产生形变S（即一级压电效应）------(夹住S =0) 陶瓷不产生附加的电场。 3、弹性常数（弹性柔顺常数） 样品的电学条件不同，弹性柔顺常数也不相同 。 开路弹性柔顺常数 sD : T作用----陶瓷产生形变S（即一级压电效应）---(未短路D ≠0) 陶瓷产生附加的电场E ’---产生压电效应（即二级压电效应）---S形变叠加。 短路弹性柔顺常数sE : T作用----陶瓷产生形变S（即一级压电效应）------(短路E =0) 陶瓷不产生附加的电场。4、选 (T，E) (T，D) (S，E)和(S，D)为自变量相应的压电常数为d，g，e和h。5、不同的振子振动模式有不同的K（不同特性），适用于不同频率。 13.3.1 钛酸铅 13.3.1.1 钛酸铅自发极化的产生  PbTiO3是一种具有高居里温度（490℃）的钙钛矿型铁电体，在居里点以上为顺电立方相，在居里温度以下为四方相。 钛酸铅作为压电或热释电材料使用时，是采用陶瓷