文档介绍：§ 压电陶瓷
压电陶瓷（piezoelectric ceramics）
——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
完整版ppt课件
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；10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
2
完整版ppt课件
3. 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
完整版ppt课件
表征参数机电偶合系数K
K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
完整版ppt课件
主晶相结构
钙钛矿型、钨青铜型、焦绿石型、含钛层状结构。
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 ；
；；
BNT()、KNN(）等。
5
完整版ppt课件
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<Tm时，BaTiO3有立方四方斜方三方等晶相， 5～120℃是稳定的四方相；
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；
BaTiO3陶瓷的
介电温度特性
6
完整版ppt课件
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
BaTiO3 92 % mol 88 % mol
CaTiO3 8% mol 4 % mol
PbTiO3 8 % mol
外加MnO2 % wt
居里温度 120℃ 160℃
第二相变点 -45℃ -50℃
7
完整版ppt课件
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
完整版ppt课件
PZT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，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