PZT压电陶瓷相关介绍和测试方法.ppt

Prepared by : Wenjie Zhuang 主要内容 基本知识介绍 压电材料 压电效应 压电式传感器工作原理、技术参数及等效模型 HSA PZT 压电陶瓷应用介绍 组成架构及工作原理 PZT 不良背景介绍 测试方法推荐 基本知识介绍 压电材料 定义 在外力作用下产生电流，或反过来在电流作用下产生力或形变的一种功能材料 类别 参数 类 别 材 料 成 分 特 性 石英晶体 单晶体、水晶 （人造、天然） SiO2 d11=2.31×10-12C/N， 压电系数稳定，固有频率稳定 承受压力700-1000Kg/cm2 压电陶瓷 人造多晶体 钛酸钡、PZT 钡、铌酸盐系 压电系数高 d33=190×10-11C/N 品种多、性能各异 新型压电材料 压电半导体 压电特性 半导体特性 集成压电传感器 有机高分子 压电材料 质轻柔软、抗拉强度高、 机电耦合系数高 压电常数 弹性常数（刚度） 介电常数 机电耦合系数 电阻 居里点 压电效应强弱：灵敏度 固有频率、动态特性 固有电容、频率下限 机电转换效率 泄漏电荷、改善低频特性 丧失压电性的温度 基本知识介绍 压电材料 PZT 压电陶瓷 （锆钛酸铅陶瓷）---压电效应 用锆、钛、铅的氧化物配制后烧结而成。一般采用双模结构（压电陶瓷片+金属振动片） P--“Pb”（铅元素），Z--“Zr” （锆元素），T--“Ti” （钛元素） 特点 具有显著的介电、压电和铁电特性 PZT铁电厚膜兼有块状材料和薄膜的优点，可在低压和高频条件工作 压电厚膜微致动器作为磁记录行业的首选材料，被用来解决硬盘驱动器磁头精确定位的难题 应用范围：机械能电能相互转换类传感器 电极 电极 基本知识介绍 压电效应 正压电效应：外界应力作用下（机械能），表面产生电荷（电能） 逆压电效应：外加电场作用下（电能），一定方向产生机械形变或机械压力 电能 机械能 正压电效应 逆压电效应 ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ － － － － － － － － － － ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ 极化方向 F － ＋ － － － － － － ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ － － － － － － 极化方向 电场方向 Ｅ 正压电效应 逆压电效应 形变后的状况 形变前的状况 电能 机械能 电能 机械能 基本知识介绍 压电传感器工作原理 是以某些电介质的压电效应为基础，在外力作用下，在电介质的表面上产生电荷，从而实现非电量测量 表现形式 压电介质 压电器件 受力、表面形变 电荷 基本知识介绍 等效模型 正压电效应和逆压电效应等效模型如下： 正压电效应：F（应力或形变）输入---Q\U （电量或电压） 逆压电效应： Q\U （电量或电压）输入---F（应力或形变）输出 正压电效应：Q =d33 *F d33 为压电参数 ：压电材料把机械能转变为电能或把电能转变为机械能的转换系数，它为反映力学 量 (应力或应变)与电学量(电位移或电场)间相互耦合的线性响应系数 测量仪器： ZJ-3AN型准静态d33测量仪 压电介质 电压输出 压力输入F 应力输入电压输出正压电效应 压电介质 电压输入 形变输出 电压输入形变输出产生逆压电效应 基本知识介绍 等效电路 静电发生器或绝缘介质平板电容器：外部机械硬力作用下，电极两端产生极性相反电量相等的电荷 ＋＋＋＋ ―――― Q Q 电极 压电晶体 Ca 压电传感器 机械应力 F +++++ _ _ _ _ _ 形变时电极会产生异性等量电荷 等效 静电发生器 电容器 电极 Q Ca Ua Ca 电压等效模型 电荷等效模型 F Q=U*C 压电常数 d