壓電陶瓷簡介課件

自然界中的壓電材料——石英自然界中的壓電材料——石英1壓電陶瓷壓電陶瓷2高分子壓電材料（壓電薄膜）高分子壓電材料（壓電薄膜）3壓電陶瓷歷史1880年法國的P.Curie和J.Curie兄弟在研究熱電性與晶體對稱性的關系時發現了正壓電效應這一物理現象，他們所報導的這些晶體中就有后來廣為研究的羅息鹽(NaKC4H4O6.4H2O—酒石酸鉀鈉)。1881年李普曼(G.Lippman)根據能量守恒和電荷量守恒的原理，推測逆壓電效應(Conversepiezoelectriceffect)的存在，這一預言很快就被居里兄弟用實驗所證實。后來發現了磷酸二氫鉀、硫酸鋰單水化合物和BaTiO3等重要壓電晶體。壓電陶瓷歷史1880年法國的P.Curie和J.Curi41916年朗之萬(Langevin)用壓電石英晶體作成水下發射和接收換能器，這是最早的壓電換能器，并用于探測水下的物體。1918年卡迪（Cady）研究了羅息鹽晶體在機械諧振頻率特有的電性能，導致羅息鹽電聲組件問世。1921年相繼研制成功石英諧振器和濾波器，開創了壓電效應在穩頻、計時和電子技術方面的應用。壓電陶瓷歷史1916年朗之萬(Langevin)用壓電石英晶體作成水下51947年

采用BaTiO3壓電陶瓷制成了拾音器，這對壓電材料的應用具有重大意義，極大地刺激了壓電陶瓷材料的研究與應用開發。

1969年

發現聚偏氟乙烯薄膜制程的駐極體具有優良的壓電性后，聚合物駐極體的研究和應用迅速發展起來。

壓電陶瓷歷史1947年

采用BaTiO3壓電陶瓷制成了拾音器，這對壓電6常見的壓電陶瓷材料1、鈦酸鋇（BaTiO3）壓電陶瓷具有較高的壓電系數和介電常數，機械強度不如石英。2、鋯鈦酸鉛Pb（Zr·Ti）O3系壓電陶瓷（PZT）壓電系數較高，各項機電參數隨溫度、時間等外界條件的變化小，在鋯鈦酸鉛的基方中添加一兩種微量元素，可以獲得不同性能的PZT材料。3、鈮鎂酸鉛Pb(MgNb)O3-PbTiO3-PbZrO3壓電陶瓷（PMN）具有較高的壓電系數，在壓力大至700kg/cm2仍能繼續工作，可作為高溫下的力傳感器。常見的壓電陶瓷材料1、鈦酸鋇（BaTiO3）壓電陶瓷具有較高7壓電原理石英的晶體結構(b)(a)++---YXXY硅氧離子的排列示意圖(a)硅氧離子在Z平面上的投影（b）等效為正六邊形排列的投影+壓電原理石英的晶體結構(b)(a)++---YXXY硅氧離子8石英的壓電機制石英的壓電機制9壓電陶瓷的極化直流電場E剩余極化強度剩余伸長電場作用下的伸長(a)極化處理前(b)極化處理中(c)極化處理后

壓電陶瓷的極化直流電場E剩余極化強度剩余伸長電場作用下的伸長10極化后的壓電陶瓷－－－－－

－－－－－

＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋自由電荷束縛電荷電極電極極化方向陶瓷片內束縛電荷與電極上吸附的自由電荷示意圖極化后的壓電陶瓷－－－－－－－－－－＋11壓電效應壓電效應逆壓電效應壓電效應壓電效應逆壓電效應12壓電陶瓷等效模擬電路并聯模擬電路串聯模擬電路壓電陶瓷等效模擬電路并聯模擬電路13壓電應變常數d33:

表示在壓電晶體上施加單位電壓時所產生的應變大小。

壓電電壓常數g33：表示作用在壓電晶體上單位應力所產生的電壓梯度大小。

壓電材料的主要性能參數壓電應變常數d33:壓電材料的主要性能參數14壓電材料的主要性能參數介電常數ε:

機電耦合系數K:

表示壓電材料機械能(聲能)與電能之間的轉換效率。機械品質因子Qm:

壓電晶片在諧振時貯存的機械能E貯與在一個周期內損耗的能量E損之比稱為機械品質因子Qm。壓電材料的主要性能參數介電常數ε:15頻率常數Nt:

壓電晶片的厚度與固有頻率的乘積是一個常數，這個常數叫做頻率常數。居里溫度Tc：使壓電材料的壓電效應消失的溫度。壓電材料的主要性能參數頻率常數Nt:壓電材料的主要性能參數16壓電材料的主要特性轉換性能：要求具有較大的壓電常數。機械性能：機械強度高、剛度大。電性能：高電阻率和大介電常數。環境適應性：溫度和濕度穩定性要好，要求具有較高的居里點，獲得較寬的工作溫度范圍。時間穩定性：要求壓電性能不隨時間變化。壓電材料的主要特性轉換性能：要求具有較大的壓電常數。17壓電材料應用壓電陶瓷按照應用分類共分為七大類：壓電振蕩器及材料壓電聲電組件：蜂鳴器、送話器、受話器、壓電喇叭壓電超音波換能器：超音波清洗、超音波霧化、超音波美容、超音波探測信息處理組件：濾波器、諧振器、檢波器、監頻器、表面聲波、延遲線動力裝置：點火器、超音波切割、超音波粘接、壓電馬達、壓電變壓器壓電傳感器：速度、加速度計、角速度計、微位移器光電組件：光調節器、光調節閥、光電顯示、光信息儲存、影象儲存和顯示目前市場容量最大的組件是頻率組件，主要包括濾波器和諧振器。壓電材料應用壓電陶瓷按照應用分類共分為七大類：18奧迪威公司壓電蜂鳴片奧迪威公司壓電蜂鳴片19電聲元件電聲元件20開放式超聲波傳感器開放式超聲波傳感器21超聲波霧化片超聲波霧化片22奧迪威其它壓電產品奧迪威其它壓電產品23超聲波馬達超聲波馬達24C-171微型旋轉陶瓷電機C-171微型旋轉陶瓷電機2