《压电陶瓷》PPT课件

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1、PTC特性体现出哪种效应？其与什么性质相关？PTC特性体现出哪种效应？其与什么性质相关？答：PTC特性体现出界面效应。PTC特性与材料与晶界有关，即铁电性相关。第六章压电陶瓷一、压电陶瓷二、透明电光陶瓷一、压电陶瓷1.1概述1.2主要参数1.3铅基压电陶瓷1.4无铅压电陶瓷1.1概述正压电效应：在没有对称中心的晶体上施加机械作用时，发生与机械应力成比例的介质极化，同时在晶体的两端面出现正负电荷。逆压电效应：当在晶体上施加电场时，则产生与电场强度成比例的变形或机械应力。正、逆压电效应统称为压电效应。晶体的这种性质称为晶体的压电性。具有压电效应

2、的材料称为压电材料压电材料能实现机—电能量的相互转换。压电效应的可逆性在自然界中大多数晶体都具有压电效应，但压电效应十分微弱。随着对材料的深入研究，发现石英晶体、钛酸钡、锆钛酸铅等材料是性能优良的压电材料。石英晶体化学式为SiO2，是单晶体结构。图（a）表示了天然结构的石英晶体外形，它是一个正六面体。石英晶体各个方向的特性是不同的。其中纵向轴z称为光轴，经过六面体棱线并垂直于光轴的x称为电轴，与x和z轴同时垂直的轴y称为机械轴。通常把沿电轴x方向的力作用下产生电荷的压电效应称为“纵向压电效应”，而把沿机械轴y方向的力作用下产生电荷的压电效应

3、称为“横向压电效应”。而沿光轴z方向的力作用时不产生压电效应。(a)晶体外形；(b)切割方向；(c)晶片当外力F=0时，压电陶瓷表面存在一层表面电荷，其大小与压电陶瓷的束缚电荷相等，符号与束缚电荷相反，因而晶体对外不显示电性。在外力F的作用下，压电陶瓷产生形变，晶体的极化强度发生变化，表面束缚电荷变化，晶体对外显示电性－压电效应。在压电陶瓷上加上电场，设电场方向与极化方向相同，则晶体的极化加强，晶体沿极化方向伸长，产生了形变－逆压电效应。若加上反向场强，则晶体沿极化方向缩短；若加上交变电场，则晶体产生振动。石英晶体压电模型(a)不受力时；

4、(b)x轴方向受力(纵向压电效应)；(c)y轴方向受力(横向压电效应)晶体具有压电性的必要条件是晶体不具有对称中心。所有铁电单晶都具有压电效应。对于铁电陶瓷来说，虽然各晶粒都有较强的压电效应，但由于晶粒和电畴分布无一定规则，各方向几率相同，使ΣP=0，因而不显示压电效应，故必须经过人工预极化处理，使ΣP≠0，才能对外显示压电效应。陶瓷的压电效应来源于材料本身的铁电性，所有压电陶瓷也应是铁电陶瓷。陶瓷的预极化示意图分类：压电单晶压电陶瓷压电聚合物压电复合材料应用举例：水声技术：水声换能器超声技术：超声清洗、超声乳化、超声分散高电压发生装置：压

5、电点火器、引燃引爆、压电变压器电声设备：麦克风、扬声器、压电耳机传感器：压电地震仪压电驱动器压电陶瓷的晶体结构：钙钛矿结构钨青铜型结构铌酸锂型结构铋层状结构钙钛矿结构ABO3：A：＋1，＋2，＋3。如Na＋，K＋，Ba2+，La3+B：＋5，＋4，＋3。如Nb5+，Ti4+，Fe3+钨青铜型结构[BO6]氧八面体以顶角相连构成骨架。B离子为Nb、Ta、W等。[BO6]骨架间存在三种空隙：A1（较大）、A2（最大）、C（最小）氧八面体中心因所处位置的对称性不同可能为B1和B2填满型与非填满型。钨青铜结构在（001)面上的投影铌酸锂型结构氧八面

6、体以共面形式重叠Li位于氧八面体的公共面Nb位于氧八面体中心极化时，Li、Nb偏离中心位置，沿c轴出现电偶极矩顺电相铁电相铋层状结构Bi4Ti3O12ε小高品质因数高稳定性，高居里温度对称性低由于存在(Bi2O2)2+的滑移面(001)，且熔点低，易于在压力作用下发生大的蠕变。烧结温度低：1050~1200℃烧结性能好，易得到致密烧结体ρv高，1011～1013Ω·cm晶粒均匀，大小为5~10μm抗电强度高：约45KV/mm1.2主要参数作为介电材料，可用介电系数ε，介电损耗tgδ，绝缘电阻率ρ和抗电强度Eb等表征。作为压电材料，还必须补充

7、一些参数：压电系数————d压电电压系数——g机电耦合系数——k机械品质因素——Qm频率系数————N1.2.1压电系数——d单位机械应力T所产生的极化强度P：（C/N）或：单位电场强度V/x所产生的应变△x/x：（m/V）常用的为横向压电系数d31和纵向压电系数d33（脚标第一位数字表示压电陶瓷的极化方向；第二位数字表示机械振动方向）。反映应力（应变）和电场（电位移）间的关系1.2.2压电电压系数——g单位应力T所产生的电场强度E；或单位电荷所产生的形变。（V·m/N）d和g实质上是相同的，只是在不同的角度反映了材料的压电性能，d用得较为

8、普遍，g常用于接收型换能器、拾音器，高压发生器等场合。1.2.3机电耦合系数——k或k是压电材料进行机械能-电能转换的能力反映。它与材料的压电系数d、介电系数ε和弹性常数等有关，