文档介绍：压电陶瓷内容
压电的概念和原理
压电性能参数介绍
典型压电材料
压电陶瓷的制备工艺
压电陶瓷(Piezoelectric Ceramics)
第3讲压电陶瓷
压电材料是一种能够实现机械能与电能互相转换的材料。当沿一定方向对材料施加压力或拉力后,它的相应的两个面上就产生电荷;反之,如果将材料放入电场中,材料就会产生相应的形变。
压电超声换能器、压电信号发生器、压电点火器、压电变压器在机械自动化控制领域有着举足轻重的地位。
正/逆压电效应
为什么会产生这个效应?
——反映出了结构的特点;什么层次的现象呢?
什么是压电效应
压电效应产生的根源是晶体中离子电荷的位移,当不存在应变时电荷在晶格位置上分布是对称的,所以其内部电场为零。
但当给晶体施加应力则电荷发生位移,如果电荷分布不在保持对称就会出现净极化,并将伴随产生一个电场,这个电场就表现为压电效应。
压电陶瓷材料参数
它是压电介质把机械能(或电能)转换为电能(或机械能)的比例常数,反映了应力(T)、应变(S)、电场(E)或电位移(D)之间的联系,直接反映了材料机电性能的耦合关系和压电效应的强弱,从而引出了压电方程。
常见的压电常数有四种。
1、压电常数d33
压电常数是反映力学量(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。
当沿压电陶瓷的极化方向(z轴)施加压应力T3时,在电极面上产生电荷,则有以下关系式:
式中d33为压电常数,足标中第一个数字指电场方向或电极面的垂直方向,第二个数字指应力或应变方向;T3为应力;D3为电位移。
重要压电性能参数介绍
2、机电耦合系数Kp
机电耦合系数K是一个综合反映压电陶瓷的机械能与电能之间耦合关系的物理量,是压电材料进行机—电能量转换能力的反映。机电耦合系数的定义是:
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)等。
机电耦合系数K是压电材料进行机-电能量转换的能力反映。
它与材料的压电常数、介电常数和弹性常数等参数有关,是一个比较综合性的参数。
其值总是小于1。
3、机械品质因数Qm
压电陶瓷在振动时,为了克服内摩擦需要消耗能量。机械品质因数Qm是反映能量消耗大小的一个参数。Qm越大,能量消耗越小。机械品质因数Qm的定义式是:
其中:
fr为压电振子的谐振频率
fa为压电振子的反谐振频率
R为谐振频率时的最小阻抗Zmin(谐振电阻)
C0为压电振子的静电容
C1为压电振子的谐振电容