压电陶瓷ppt课件.ppt

《压电陶瓷ppt课件.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、§9.5压电陶瓷压电陶瓷（piezoelectricceramics）——具有压电效应的陶瓷材料，即能进行机械能与电能相互转变的陶瓷；制备方便，成本低廉，发展迅速，一类重要的功能陶瓷材料；目前，压电陶瓷在工程方面的应用，甚至超过了压电晶体。1一、压电效应及陶瓷压电机制1.压电效应正压电效应：应力晶体产生电荷逆压电效应：电压晶体应力（应变）2.压电性与晶体结构压电效应的本质：机械作用（应力与应变）引起晶体介质的极化，从而导致两端表面内出现符号相反的束缚电荷——不具有对称中心的晶体才具有压电性。32种点群中，不具有对称中心的有21种；除43外，20种有压电效应；1

2、0种极性晶体，有唯一极轴，除具有压电性外，还具有热电性；铁电体也是一种极性晶体，属于热电体，因而也是压电体。压电效应23.压电陶瓷陶瓷—多晶体—各晶粒之间的压电效应会相互抵消；人工极化：经直流强电场极化处理过的铁电陶瓷，使晶粒中的所有电畴都尽可能地转向了电场的方向，铁电晶体所固有的压电效应就会在陶瓷材料上呈现出来。因此，压电陶瓷实际上也就是经过直流强电场极化处理过的铁电、压电陶瓷。3表征参数机电偶合系数KK值越大，材料的压电耦合效应越强。除此之外，还有压电系数d、机械品质因素Q、弹性系数S和频率常数N等。or：4主晶相结构钙钛矿型、钨青铜型、焦绿石型、含钛层状结构

3、。目前应用最广泛的是BaTiO3、PbTiO3、PbZrO3等,都属钙钛矿型晶胞结构。其它几种重要的压电陶瓷包括PbTiO3-PbZrO3；Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-PbTiO3-PbZrO3；Pb(Co1/3Nb2/3)O3-PbTiO3-PbZrO3；Na0.5K0.5NbO3；Pb0.6Ba0.4Nb2O6；BNT(B0.5Na0.5TO3)、KNN(K0.5Na0.5NbO3）等。5二、生产工艺1.组成BaTiO3陶瓷是最早发现的铁电陶瓷，也是第一个进入实用的压电陶瓷；T

4、相；T↘~120℃时，立方四方，并伴随自发极化，介电常数出现峰值，因而具有很好的压电性能；在靠近0℃时存在的四方斜方相转变，其压电性和介电性都会发生显著的改变；图9.5.1BaTiO3陶瓷的介电温度特性6一般陶瓷的工作温度范围为-55℃～+85℃，总希望在较宽的工作范围内不存在相变点；为了移动相变点，出现了一系列以BaTiO3为基的固溶体，如BaTiO3—CaTiO3系统，BaTiO3—PbTiO3系统等。超声换能器陶瓷材料配方BaTiO392%mol88%molCaTiO38%mol4%molPbTiO38%mol外加MnO20.2%wt居里温度120℃16

5、0℃第二相变点-45℃-50℃7锆钛酸铅（PbTiO3—PbZrO3，缩写PZT）陶瓷:Tc>300℃,在-50℃～300℃范围内无相变点，压电常数比BaTiO3大二倍多，因此，它是目前品种最多，产量最大，应用最为广泛的压电陶瓷。2.生产工艺配料研磨预烧再研磨成型烧成极化等，以PZT为例对几个比较关键的过程进行讲解:（1）预烧作用：各组分反应，合成Pb(ZrTi)O3原料，分为四个阶段：第一阶段：T<650℃，有一吸热峰，Pb3O4脱氧;8图9.5.2PZT合成时的热效应与相变化第二阶段：650℃～756℃，发生化学反应：第三阶段：840℃，出现液相，

6、835℃时电阻最低，形成锆钛酸铅固溶体，850℃反应基本完成；第四阶段：840℃以后，PZT固溶体晶形逐渐趋于完整。其中:650℃保温1～2h,生成PbTiO3850℃保温2h，生成Pb(ZrTi)O3预烧：T太低，反应不完全；T太高，PbO大量挥发，难以粉碎，活性↘。为防止Ti4+还原，ε↘，氧化气氛烧结。9（2）烧成PZT坯体成形后，还要煅烧，影响烧成的因素：A.组分中活性离子多，则易烧结；为满足不同使用要求，可在PZT中添加某些元素进行改性B.添加物软性添加物：La,Nd,Bi,Nb等，可形成阳离子空位，加速离子扩散，促进烧结；硬性添加物：Fe,Co,Ni,

7、Mn等，产生O2-空位，晶胞收缩，降低离子扩散速度，难于烧结；产生液相的添加物：如MgO，使T烧结↘，ΔT↘，加速烧结过程；晶格产生畸变的添加物：促进烧结过程的进行；限制晶粒长大的晶界分凝添加物：如Fe3+、Al3+、Nb3+、Cr3+、Ni3+等，能改善陶瓷的机械性能；10C.烧结气氛氧化气氛中进行，同时要控制PbO的挥发，尽量设法降低烧成温度和避免在高温阶段保温时间过长，以防止晶粒长大；为了防止PbO挥发，常采取的措施是：密封，把样品埋入熟粉料中；加气氛片(PbZrO3片)；或在配料中适当使Pb过量。（3）极化直流极化交直流混合极化（先交流、后直流，人工老化处

8、理，提高性