压电陶瓷基本知识PPT学习教案

1、会计学1压电陶瓷基本知识压电陶瓷基本知识第1页/共49页各种规格的压电陶瓷片各种规格的压电陶瓷片晶粒的晶格取向示意图晶粒的晶格取向示意图 整体看来整体看来，晶粒与晶粒的，晶粒与晶粒的晶格方向不一定晶格方向不一定相同，排列是无相同，排列是无规则的。这样的规则的。这样的结构称其为结构称其为多晶多晶体体。第2页/共49页居里兄弟居里兄弟首先发现电气石的压电效首先发现电气石的压电效应，从此开始了压电学的历史。应，从此开始了压电学的历史。居里兄弟居里兄弟实验验证了逆压电效应，实验验证了逆压电效应，给出石英相同的正逆压电常数。给出石英相同的正逆压电常数。第3页/共49页发现了发现了BaTiO3压电陶瓷上的

2、高介电压电陶瓷上的高介电常数和铁电性、压电性。后续解决常数和铁电性、压电性。后续解决了极化问题。了极化问题。美国日本先后美国日本先后利用利用BaTiO3压电陶压电陶瓷制作超声换能器、高频换能器、瓷制作超声换能器、高频换能器、压力传感器、滤波器等的应用研究压力传感器、滤波器等的应用研究。第4页/共49页美国美国B.Jaffe等人发现了锆钛酸铅等人发现了锆钛酸铅(PZT)具有非常强和稳定的压电性，具有非常强和稳定的压电性，促使压电器件的应用研究又大大地促使压电器件的应用研究又大大地向前推进了一大步。向前推进了一大步。压电陶瓷的应用，上至宇宙开发，压电陶瓷的应用，上至宇宙开发，下至家庭生活极其广泛。

3、下至家庭生活极其广泛。 为了保护地球和人类的生存空间，为了保护地球和人类的生存空间，防止环境的污染防止环境的污染，非铅压电陶瓷成，非铅压电陶瓷成为未来研究和应用的方向。为未来研究和应用的方向。第5页/共49页三三个个重重要要概概念念第6页/共49页三三个个重重要要概概念念第7页/共49页三三个个重重要要概概念念第8页/共49页三三个个重重要要概概念念Ps单个电畴的极化强度；Pr剩余极化强度；Ec矫顽电场。第9页/共49页第10页/共49页 极化方向 电场方向 极化方向正压电效应示意图（实线代表形变前的情况，虚线代表形变后的情况）F逆压电效应示意图正压电效应本质：机械作用引起介质极化。逆压电效应

4、的本质：电场作用引起介质极化。第11页/共49页 气体喷嘴气体喷嘴高高压压引引线线压压电电振振子子磷磷铜铜片片压压电电振振子子外外壳壳叩叩击击机机构构压电陶瓷点火示意压电陶瓷点火示意图图第12页/共49页节点支承节点支承边缘支承边缘支承中心支承中心支承逆压电效应逆压电效应压电蜂鸣器工作示意图压电蜂鸣器工作示意图第13页/共49页图图5 束缚电荷和自由电荷排列示意图束缚电荷和自由电荷排列示意图 自由电荷自由电荷自由电荷自由电荷电极电极束缚电荷束缚电荷第14页/共49页第15页/共49页第16页/共49页第17页/共49页第18页/共49页电荷灵敏度Kq和电压灵敏度Ku分别为：CamdKumdKq

5、maFCaKuKqCaUaqa结论：灵敏度与压电系数d成正比，与质量m成正比。增加质量：影响被测体振动状态aUKuaqKqaa第19页/共49页33t33t33t第20页/共49页第21页/共49页转换时输入的总电能得的机械能通过逆压电效应转换所2K转换时输入的总机械能得的电能通过正压电效应转换所2K或或 压电陶瓷振子（具有一定形状、大小和被覆工作电极的压电陶瓷体）的机械能与其形状和振动模式有关，不同的振动模式将有相应的机电耦合系数。如对薄圆片径向伸缩模式的耦合系数为Kp（平面耦合系数）；薄形长片长度伸缩模式的耦合系数为K31（横向耦合系数）；圆柱体轴向伸缩模式的耦合系数为K33（纵向耦合系数

6、）等。第22页/共49页第23页/共49页耗的机械能每一谐振周期振子所消能谐振时振子储存的机械2mQ)(222102raramffCCRffQ其中：其中：fr为压电振子的谐振频率为压电振子的谐振频率fa为压电振子的反谐振频率为压电振子的反谐振频率R为谐振频率时的最小阻抗为谐振频率时的最小阻抗Zmin（谐振电阻）（谐振电阻）C0为压电振子的静电容为压电振子的静电容C1为压电振子的谐振电容为压电振子的谐振电容第24页/共49页其中：其中：f fr r为压电振子的谐振频率；为压电振子的谐振频率；l l为压电振子振动方向的长度。为压电振子振动方向的长度。薄圆片径向振动 Np=frD D为圆片的直径薄板

7、厚度伸缩振动 Nt=frt t为薄板的厚度细长棒K33振动 N33=frl l为棒的长度薄板切变K15振动 N15=frlt lt为薄板的厚度 第25页/共49页老老化化测测试试极极化化上上电电极极配配料料预预处处理理预预烧烧造造粒粒成成型型烧烧成成机机加加工工第26页/共49页第27页/共49页第28页/共49页其它取代改性硬性取代改性软性取代改性异价取代等价取代掺杂改性PZT第29页/共49页第30页/共49页第31页/共49页第32页/共49页第33页/共49页第34页/共49页第35页/共49页第36页/共49页不同烧结阶段晶粒排列过程不同烧结阶段晶粒排列过程初期阶段（颗粒结合阶段，初

8、期阶段（颗粒结合阶段，1050以前）以前）中期阶段（晶粒生长阶段，中期阶段（晶粒生长阶段，10501200）最终阶段（晶粒校正阶段，最终阶段（晶粒校正阶段，1200最佳烧结温度）最佳烧结温度）第37页/共49页第38页/共49页第39页/共49页应用应用分类分类 正压电效应正压电效应将机械力转换为将机械力转换为电能，如点火装电能，如点火装置，拾音器等，置，拾音器等，是机电换能器是机电换能器 逆压电效应逆压电效应 主要用于压主要用于压电蜂鸣器，电蜂鸣器，如音乐贺卡如音乐贺卡、门铃和扬、门铃和扬声器等声器等 第40页/共49页应用领域应用领域举举 例例电源电源压电变压器压电变压器雷达，电视显像管，

9、阴极射线管，盖克技术雷达，电视显像管，阴极射线管，盖克技术管，激光管和电子复制机等高压电源和压电管，激光管和电子复制机等高压电源和压电点火装置点火装置信号源信号源标准信号源标准信号源振荡器，压电音叉，压电音片等用作精密仪振荡器，压电音叉，压电音片等用作精密仪器中的时间和频率标准信号源器中的时间和频率标准信号源信号转信号转换换电声换能器电声换能器拾声器，送话器，受话器，扬声器，蜂鸣器拾声器，送话器，受话器，扬声器，蜂鸣器等声频范围的电声器件等声频范围的电声器件发射发射 与接收与接收超声换能器超声换能器超声切割，焊接，清洗，搅拌，乳化及超声超声切割，焊接，清洗，搅拌，乳化及超声显示等频率高于显示等

10、频率高于20KHz的超声器件，压电马的超声器件，压电马达，探测地质构造，油井固实程度，无损探达，探测地质构造，油井固实程度，无损探伤和测厚，催化反应，超声衍射，疾病诊断伤和测厚，催化反应，超声衍射，疾病诊断等各种工业用的超声器件等各种工业用的超声器件水声换能器水声换能器水下导航定位，通讯和探测的声纳，超声探水下导航定位，通讯和探测的声纳，超声探测，鱼群探测和传声器等测，鱼群探测和传声器等第41页/共49页信信号号 处处理理滤波器滤波器通讯广播中所用各种分立滤波器和复合滤波器，如彩电中频滤通讯广播中所用各种分立滤波器和复合滤波器，如彩电中频滤波器；雷达，自控和计算系统所用带通滤波器，脉冲滤波器等

11、波器；雷达，自控和计算系统所用带通滤波器，脉冲滤波器等放大器放大器声表面信号放大器以及振荡器，混频器，衰减器，隔离器等声表面信号放大器以及振荡器，混频器，衰减器，隔离器等表面波导表面波导声表面波传输线声表面波传输线传传感感与与计计测测加速度计加速度计压力计压力计工业和航空测定振动体或飞行器工作状态加速度计，自动控制工业和航空测定振动体或飞行器工作状态加速度计，自动控制开关，污染检测用振动计以及流速计，流量计和液面计等开关，污染检测用振动计以及流速计，流量计和液面计等角速度计角速度计测量物体角速度及控制飞行器航向的压电陀螺测量物体角速度及控制飞行器航向的压电陀螺红外探测计红外探测计监视领空，检测

12、大气污染浓度，非接触式测温以及热成像，热监视领空，检测大气污染浓度，非接触式测温以及热成像，热电探测、跟踪器等电探测、跟踪器等位移与致动器位移与致动器激光稳频补偿元件，显微加工设备及光角度，光程长的控制器激光稳频补偿元件，显微加工设备及光角度，光程长的控制器存存贮贮调制调制电光和声光调制的光阀，光闸，光变频器和光偏转器，声开关电光和声光调制的光阀，光闸，光变频器和光偏转器，声开关存贮存贮光信息存贮器，光记忆器光信息存贮器，光记忆器显示显示铁电显示器，声光显示器等铁电显示器，声光显示器等其它其它非线性元件非线性元件压电继电器等压电继电器等第42页/共49页超声波超声波探测仪探测仪压电压电引爆器引爆器 压电转换器压电转换器压电压电点火器点火器压电压电驱动器驱动器 压电陶瓷压电陶瓷市场应用市场应用第43页/共49页压电陶瓷风扇压电陶瓷风扇压电振动压电振动加速计加速计压电陶瓷继电器压电陶瓷继电器超声波超声波倒车雷达倒车雷达压电式压电式触屏触屏 压电陶瓷压电陶瓷市场应用市场应用第44页/共49页第45页/共49页第46页/共49页第47页/共49页电子产品日益精致，要求元器件可以做的越来越