PZT压电陶瓷介绍和测试方法

PZT压电陶瓷介绍和测试方法Preparedby:WenjieZhuang主要内容基本知识介绍压电材料压电效应压电式传感器工作原理、技术参数及等效模型HSAPZT压电陶瓷应用介绍组成架构及工作原理PZT不良背景介绍测试方法推荐基本知识介绍压电材料定义在外力作用下产生电流，或反过来在电流作用下产生力或形变的一种功能材料类别参数类别材料成分特性石英晶体单晶体、水晶（人造、天然）SiO2d11=2.31×10-12C/N，压电系数稳定，固有频率稳定承受压力700-1000Kg/cm2压电陶瓷人造多晶体钛酸钡、PZT钡、铌酸盐系压电系数高d33=190×10-11C/N品种多、性能各异新型压电材料压电半导体压电特性半导体特性集成压电传感器有机高分子压电材料质轻柔软、抗拉强度高、机电耦合系数高压电常数弹性常数（刚度）介电常数机电耦合系数电阻居里点压电效应强弱：灵敏度固有频率、动态特性固有电容、频率下限机电转换效率泄漏电荷、改善低频特性丧失压电性的温度基本知识介绍压电材料PZT压电陶瓷（锆钛酸铅陶瓷）压电效应用锆、钛、铅的氧化物配制后烧结而成。一般采用双模结构（压电陶瓷片+金属振动片）P-->“Pb”（铅元素），Z-->“Zr”（锆元素），T-->“Ti”（钛元素）

特点具有显著的介电、压电和铁电特性PZT铁电厚膜兼有块状材料和薄膜的优点，可在低压和高频条件工作压电厚膜微致动器作为磁记录行业的首选材料，被用来解决硬盘驱动器磁头精确定位的难题应用范围：机械能电能相互转换类传感器电极电极基本知识介绍压电效应正压电效应：外界应力作用下（机械能），表面产生电荷（电能）逆压电效应：外加电场作用下（电能），一定方向产生机械形变或机械压力电能机械能正压电效应逆压电效应＋＋＋＋＋－－－－－－－－－－＋＋＋＋＋

极化方向F－＋－－－－－－＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋－－－－－－极化方向电场方向Ｅ正压电效应逆压电效应形变后的状况形变前的状况电能机械能电能机械能基本知识介绍压电传感器工作原理是以某些电介质的压电效应为基础，在外力作用下，在电介质的表面上产生电荷，从而实现非电量测量表现形式压电介质压电器件受力、表面形变电荷基本知识介绍等效模型正压电效应和逆压电效应等效模型如下：正压电效应：F（应力或形变）输入>Q\U（电量或电压）逆压电效应：Q\U（电量或电压）输入>F（应力或形变）输出正压电效应：Q=d33*F

d33为压电参数：压电材料把机械能转变为电能或把电能转变为机械能的转换系数，它为反映力学量(应力或应变)与电学量(电位移或电场)间相互耦合的线性响应系数

测量仪器：

ZJ-3AN型准静态d33测量仪

压电介质电压输出压力输入F应力输入电压输出正压电效应压电介质电压输入形变输出电压输入形变输出产生逆压电效应基本知识介绍等效电路静电发生器或绝缘介质平板电容器：外部机械硬力作用下，电极两端产生极性相反电量相等的电荷＋＋＋＋――――QQ电极压电晶体Ca压电传感器机械应力F+++++____

_形变时电极会产生异性等量电荷等效静电发生器电容器电极QCaUaCa电压等效模型电荷等效模型FQ=U*C压电常数dHSAPZT压电陶瓷应用介绍HSA（磁头悬臂装置）结构及功能介绍PZT元件作用是利用其高压电常数特性，使读写磁头发生水平位移，从而使HSA水平旋转和精确寻轨HSAPZT结构切片示意图HSAPZT结构示意图PZT元件U型刚体PZT元件环氧胶环氧胶U型刚体U型刚体HSA压电微制动器交变电压PZT元件HSA电荷变化位移变化精确寻轨悬臂