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压电陶瓷的性能参数解析

制造优良的压电陶瓷元器件，通常要对压电陶瓷性能提出明确的要求。因为压电陶瓷性

能对元器件的质量有决定性的影响。因此，要讨论和认识压电陶瓷的元器件，就必须首先要

了解压电陶瓷的性能参数与量度方法。

压电陶瓷除了具有一般介质材料所具有的介电性和弹性性能外，还具有压电性能。压电

陶瓷经过极化处理之后，就具有了各向异性，每项性能参数在不同方向上所表现的数值不同，

这就使得压电陶瓷的性能参数比一般各向同性的介质陶瓷多得多。压电陶瓷的众多的性能参

数是它被广泛应用的重要基础。

（1）介电常数

介电常数是反映材料的介电性质，或极化性质的，通常用ε来表示。不同用途的压电陶瓷

元器件对压电陶瓷的介电常数要求不同。例如，压电陶瓷扬声器等音频元件要求陶瓷的介电

常数要大，而高频压电陶瓷元器件则要求材料的介电常数要小。

介电常数ε与元件的电容C，电极面积A和电极间距离t之间的关系为

ε=Ct/A·(1-1)

式中，各参数的单位为：电容量C为F，电极面积A为m2，电极间距t为m，介电常

数ε为F/m。

有时使用相对介电常数εr（或κ），它与绝对介电常数ε之间的关系为

εr=ε/εo(1-2)

式中，εo为真空（或自由空间）的介电常数，εo=8.85×10-12（F/m），而εr则无单位，

是一个数值。

压电陶瓷极化处理之前是各向同性的多晶体，这是沿1(x)、2(y)、3(z)方向的介电常数

是相同的，即只有一个介电常数。经过极化处理以后，由于沿极化方向产生了剩余极化而成

为各向异性的多晶体。此时，沿极化方向的介电性质就与其他两个方向的介电性质不同。设

陶瓷的极化方向沿3方向，则有关系

ε=ε≠ε（1-3）

112233

即经过极化后的压电陶瓷具有两个介电常数ε和ε。

1133

由于压电陶瓷存在压电效应，因此样品处于不同的机械条件下，其所测得的介电常数也

不相同。在机械自由条件下，测得的介电常数称为自由介电常数，在ε表示，上角标T表

T

示机械自由条件。在机械夹持条件下，测得的介电常数称为夹持介电常数，以ε表示，上

S

角标S表示机械夹持条件。由于在机械自由条件下存在由形变而产生的附加电场，而在机

械受夹条件下则没有这种效应，因而在两种条件下测得的介电常数数值是不同的。

ε，ε，ε，

根据上面所述，沿3方向极化的压电陶瓷具有四个介电常数，即11T33T11S

ε。

S

11

（2）