《压电陶瓷简介》课件.ppt

压电陶瓷 压电材料 压电发展历史 压电材料简介 常见的压电材料 压电材料的性能参数 压电材料应用 自然界中的压电材料——石英 压电陶瓷 高分子压电材料（压电薄膜） 压电陶瓷历史 1880年 法国的P.Curie和J. Curie兄弟在研究热电性与晶体对称 性的关系时发现了正压电效应这一物理现象，他们所 报导的这些晶体中就有后来广为研究的罗息盐(NaKC4H4O6.4H2O—酒石酸钾钠) 。 1881年 李普曼(G. Lippman)根据能量守恒和电荷量守恒的 原理，推测逆压电效应(Converse piezoelectric effect) 的存在，这一预言很快就被居里兄弟用实验所证实。后来 发现了磷酸二氢钾、硫酸锂单水化合物和BaTiO3等重要压电晶体。 压电陶瓷历史 1916年 朗之万(Langevin)用压电石英晶体作成水下发射和接收 换能器，这是最早的压电换能器，并用于探测水下的物体。 1918 年 卡迪（Cady）研究了罗息盐晶体在机械谐振频率特有的电性能，导致罗息盐电声组件问世。 1921年 相继研制成功石英谐振器和滤波器，开创 了压电效应在稳频、计时和电子技术方面 的应用。 压电陶瓷历史 1947年??采用BaTiO3压电陶瓷制成了拾音器，这对压电材料的应用具有重大意义，极大地刺激了 压电陶瓷材料的研究与应用开发。 1969年??发现聚偏氟乙烯薄膜制程的驻极体具有优良的压电性后，聚合物驻极体的研究和应用迅速发展起来。 常见的压电陶瓷材料 1、钛酸钡（BaTiO3）压电陶瓷具有较高的压电系数和介电常数，机械强度不如石英。 2、锆钛酸铅Pb（Zr·Ti）O3系压电陶瓷（PZT）压电系数较高，各项机电参数随温度、时间等外界条件的变化小，在锆钛酸铅的基方中添加一两种微量元素，可以获得不同性能的PZT材料。 3、铌镁酸铅Pb(MgNb)O3-PbTiO3-PbZrO3压电陶瓷（PMN）具有较高的压电系数，在压力大至700kg/cm2仍能继续工作，可作为高温下的力传感器。 压电原理 石英的晶体结构 石英的压电机制 压电陶瓷的极化 极化后的压电陶瓷 压电效应 压电陶瓷等效模拟电路 并联模拟电路 串联模拟电路 压电材料的主要性能参数 压电应变常数d33: 表示在压电晶体上施加单位电压时所产生的应变大小。 压电电压常数g33： 表示作用在压电晶体上单位应力所产生的电压梯度大小。 压电材料的主要性能参数 介电常数ε: 机电耦合系数K: 表示压电材料机械能(声能)与电能之间的转换效率。 机械品质因子Qm : 压电晶片在谐振时贮存的机械能E贮与在一个周期内损耗的能量E损之比称为机械品质因子Qm。 压电材料的主要性能参数 频率常数Nt: 压电晶片的厚度与固有频率的乘积是一个常数，这个常数叫做频率常数。 居里温度Tc： 使压电材料的压电效应消失的温度。 压电材料的主要特性 转换性能：要求具有较大的压电常数。 机械性能：机械强度高、刚度大。 电性能：高电阻率和大介电常数。 环境适应性：温度和湿度稳定性要好，要求具有较高的居里点，获得较宽的工作温度范围。 时间稳定性：要求压电性能不随时间变化。 压电材料应用 压电陶瓷按照应用分类共分为七大类： 压电振荡器及材料 压电声电组件：蜂鸣器、送话器、受话器、压电喇叭 压电超音波换能器：超音波清洗、超音波雾化、超音波美容、超音波探测 信息处理组件：滤波器、谐振器、检波器、监频器、表面声波、延迟线 动力装置：点火器、超音波切割、超音波粘接、压电马达、压电变压器 压电传感器：速度、加速度计、角速度计、微位移器 光电组件：光调节器、光调节阀、光电显示、光信息储存、影象储存和显示 目前市场容量最大的组件是频率组件，主要包括滤波器和谐振器。 奥迪威公司压电蜂鸣片 电声元件 开放式超声波传感器 超声波雾化片 奥迪威其它压电产品 超声波马达 C-171微型旋转陶瓷电机 超声波压电陶瓷电机 液晶电视用模组 压电陶瓷点火器 谢谢 * * (b) (a) + + - - - Y X X Y 硅氧离子的排列示意图 (a) 硅氧离子在Z平面上的投影 （b）等效为正六边形排列的投影 + 直流电场E 剩余极化强度 剩余伸长 电场作用下的伸长 (a)极化处理前 (b)极化处理中 (c)极化处理后 － － － － － － － － － － ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ 自由电荷 束缚电荷 电极 电极 极化方向 陶瓷片内束缚电荷与电极上吸附的自由电荷示意图 压电效应 逆压电效应