压电材料培训讲解.pptx

压电材料上海大学理学院刘清目录压电效应压电材料压电材料的应用压电效应的发现1880年，法国物理学家P. 居里和J.居里兄弟发现，把重物放在石英晶体上，晶体某些表面会产生电荷，电荷量与压力成比例。这一现象被称为压电效应。1881年，居里兄弟通过实验验证了逆压电效应，即在外电场作用下压电体会产生形变，并得出了正逆压电常数。1910年，德国物理学家沃德马.沃伊特发表著作《晶体物理学教科书》（Lehrbuch der Kristallphysilk,Textbook on Crystal Physics）。这本书描述了20种能够产生压电效应的自然晶体，并用张量分析来严格定义压电常数。两种压电效应???压电材料 压电材料就材料种类而言，有压电单晶体、压电多晶体（压电陶瓷）、压电聚合物和压电复合材料四大类；就材料形态来看，有压电材料（含厚膜）和压电薄膜两大类。 ?压电陶瓷的工艺 一、配料：进行料前处理，除杂去潮，然后按配方比例称量各种原材料，注意少量的添加剂要放在大料的中间。　二、混合磨细:目的是将各种原料混匀磨细,为预烧进行完全的固相反应准备条件.一般采取干磨或湿磨的方法。小批量可采取干磨，大批量可采取搅拌球磨或气流粉碎的方法，效率较高。　三、预 烧：目的是在高温下,各原料进行固相反应,合成压电陶瓷.此道工序很重要。会直接影响烧结条件及最终产品的性能。　四、二次细磨:目的是将预烧过的压电陶瓷粉末再细振混匀磨细,为成瓷均匀性能一致打好基础。 　五、造粒:目的是使粉料形成高密度的流动性好的颗粒。方法可以手工进行但效率较低，目前高效的方法是采用喷雾造粒。此过程要加入粘合剂。　六、成型：目的是将制好粒的料压结成所要求的预制尺寸的毛坯。　七、排塑：目的是将制粒时加入的粘合剂从毛坯中除掉。　八、烧结成瓷：将毛坯在高温下密封烧结成瓷。此环节相当重要。　九、外形加工:将烧好的制品磨加工到所需要的成品尺寸。　十、被电极：在要求的陶瓷表面设置上导电电极。一般方法有银层烧渗、化学沉积和真空镀膜。 　十一、高压极化：使陶瓷内部电畴定向排列，从而使陶瓷具有压电性能。十二、老化测试：陶瓷性能稳定后检测各项指标，看是否达到了预期的性能要求。 相比较而言，压电陶瓷压电性强、介电常数高、可以加工成任意形状，但机械品质因子较低、电损耗较大、稳定性差，因而适合于大功率换能器和宽带滤波器等应用，但对高频、高稳定应用不理想。石英等压电单晶压电性弱，介电常数很低，受切型限制存在尺寸局限，但稳定性很高，机械品质因子高，多用来作标准频率控制的振子、高选择性（多属高频狭带通）的滤波器以及高频、高温超声换能器等。细晶粒压电陶瓷 以往的压电陶瓷是由几微米至几十微米的多畴晶粒组成的多晶材料，减小粒径至亚微米级，可以改进材料的加工性，可将基片做地更薄，可提高阵列频率，降低换能器阵列的损耗，提高器件的机械强度，减小多层器件每层的厚度，从而降低驱动电压，这对提高叠层变压器、制动器都是有益的。减小粒径有好处，但同时也带来了降低压电效应的影响。 为了克服这种影响，人们更改了传统的掺杂工艺，使细晶粒压电陶瓷压电效应增加到与粗晶粒压电陶瓷相当的水平。现在制作细晶粒材料的成本已可与普通陶瓷竞争了。近年来，人们用细晶粒压电陶瓷进行了切割研磨研究，并制作出了一些高频换能器、微制动器及薄型蜂鸣器（瓷片20-30um厚），证明了细晶粒压电陶瓷的优越性。随着纳米技术的发展，细晶粒压电陶瓷材料研究和应用开发仍是近期的热点。 PbTiO3系压电陶瓷 PbTiO3系压电陶瓷具最适合制作高频高温压电陶瓷元件。虽然存在PbTiO3 陶瓷烧成难、极化难、制作大尺寸产品难的问题，抑制晶粒长大，从而得到各个晶粒细小、各向异性的改性PbTiO3材料。近几年，改良PbTiO3材料报道较多，在金属探伤、高频器件方面得到了广泛应用。目前该材料的发展和应用开发仍是许多压电陶瓷工作者关心的课题。压电陶瓷-高聚物复合材料 无机压电陶瓷和有机高分子树脂构成的压电复合材料，兼备无机和有机压电材料的性能，并能产生两相都没有的特性。因此，可以根据需要，综合二相材料的优点，制作良好性能的换能器和传感器。它的接收灵敏度很高，比普通压电陶瓷更适合于水声换能器。 谢谢观看！