壓電陶瓷地壓電原理與制作實(shí)用工藝

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1、實(shí)用文檔壓電陶瓷的壓電原理與制作工藝1.壓電陶瓷的用途隨著高新技術(shù)的不斷發(fā)展，對(duì)材料提出了一系列新的要求。而壓電陶瓷作為一種新型的功能材料占有重要的地位，其應(yīng)用也日益廣泛。壓電陶瓷的主要應(yīng)用領(lǐng)域舉例如表1所示。表1壓電陶瓷的主要應(yīng)用領(lǐng)域舉例應(yīng)用領(lǐng)域舉例一電源壓電變壓器雷達(dá)，電視顯像管，陰極射線管，蓋克技術(shù)管，激光管和電子復(fù)制機(jī)等高壓電源和壓電點(diǎn)火裝置二信號(hào)源標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源振蕩器，壓電音叉，壓電音片等用作精密儀器中的時(shí)間和頻率標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源三信號(hào)轉(zhuǎn)換電聲換能器拾聲器，送話器，受話器，揚(yáng)聲器，蜂鳴器等聲頻范圍的電聲器件四發(fā)射與接收超聲換能器超聲切割，焊接

2、，清洗，攪拌，乳化及超聲顯示等頻率高于20KHz的超聲器件，壓電馬達(dá)，探測(cè)地質(zhì)構(gòu)造，油井固實(shí)程度，無(wú)損探傷和測(cè)厚，催化反應(yīng)，超聲衍射，疾病診斷等各種工業(yè)用的超聲器件水聲換能器水下導(dǎo)航定位，通訊和探測(cè)的聲納，超聲探測(cè)，魚群探測(cè)和傳聲器等五信號(hào)處理濾波器通訊廣播中所用各種分立濾波器和復(fù)合濾波器，如彩電中頻濾波器；雷達(dá)，自控和計(jì)算系統(tǒng)所用帶通濾波器，脈沖濾波器等放大器聲表面信號(hào)放大器以及振蕩器，混頻器，衰減器，隔離器等表面波導(dǎo)聲表面波傳輸線六傳感與計(jì)測(cè)加速度計(jì)壓力計(jì)工業(yè)和航空技術(shù)上測(cè)定振動(dòng)體或飛行器工作狀態(tài)的加速度計(jì)，自動(dòng)控制開關(guān)，污染檢測(cè)用振動(dòng)計(jì)

3、以及流速計(jì)，流量計(jì)和液面計(jì)等角速度計(jì)測(cè)量物體角速度及控制飛行器航向的壓電陀螺紅外探測(cè)計(jì)監(jiān)視領(lǐng)空，檢測(cè)大氣污染濃度，非接觸式測(cè)溫以及熱成像，熱電探測(cè)、跟蹤器等位移與致動(dòng)器激光穩(wěn)頻補(bǔ)償元件，顯微加工設(shè)備及光角度，光程長(zhǎng)的控制器七存貯調(diào)制用于電光和聲光調(diào)制的光閥，光閘，光變頻器和光偏轉(zhuǎn)器，聲開關(guān)等存貯光信息存貯器，光記憶器顯示鐵電顯示器，聲光顯示器，組頁(yè)器等八其它非線性元件壓電繼電器文案大全22實(shí)用文檔1.壓電陶瓷的壓電原理2.1壓電現(xiàn)象與壓電效應(yīng)在壓電陶瓷打火瓷柱垂直于電極面上施加壓力，它會(huì)產(chǎn)生形變，同時(shí)還會(huì)產(chǎn)生高壓放電。在壓電蜂鳴器電極上施加聲

4、頻交變電壓信號(hào)，它會(huì)產(chǎn)生形變，同時(shí)還會(huì)發(fā)出聲響。歸納這些類似現(xiàn)象，可得到正、逆壓電效應(yīng)的概念，即：壓電陶瓷因受力形變而產(chǎn)生電的效應(yīng)，稱為正壓電效應(yīng)。壓電陶瓷因加電壓而產(chǎn)生形變的效應(yīng)，稱為逆壓電效應(yīng)。2.2壓電陶瓷的內(nèi)部結(jié)構(gòu)材料學(xué)知識(shí)告訴我們，任何材料的性質(zhì)是由其內(nèi)部結(jié)構(gòu)決定了的，因而要了解壓電陶瓷的壓電原理，明白壓電效應(yīng)產(chǎn)生的原因，首先必須知道壓電陶瓷的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。2.2.1壓電陶瓷是多晶體用現(xiàn)代儀器分析表征壓電陶瓷結(jié)構(gòu)，可以得到以下幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)：。（1）壓電陶瓷由一顆顆小晶粒無(wú)規(guī)則“鑲嵌”而成，如圖1所示。圖1BSPT壓電陶瓷樣品斷面SEM照片（

5、2）每個(gè)小晶粒微觀上是由原子或離子有規(guī)則排列成晶格，可看為一粒小單晶，如圖2所示。圖2原子在空間規(guī)則排列而成晶格示意圖文案大全22實(shí)用文檔（1）每個(gè)小晶粒內(nèi)還具有鐵電疇組織，如圖3所示。圖3PZT陶瓷中電疇結(jié)構(gòu)的電子顯微鏡照片（2）整體看來(lái)，晶粒與晶粒的晶格方向不一定相同，排列是混亂而無(wú)規(guī)則的，如圖4所示。這樣的結(jié)構(gòu)，我們稱其為多晶體。圖4壓電陶瓷晶粒的晶格取向示意圖2.2.2壓電陶瓷的晶胞結(jié)構(gòu)與自發(fā)極化（1）晶胞結(jié)構(gòu)目前應(yīng)用最的廣泛的壓電陶瓷是鈣鈦礦（CaTiO3）型結(jié)構(gòu)，如PbTiO3、BaTiO3、KxNa1-xNbO3、Pb(ZrxT

6、i1-x)O3等。該類材料的化學(xué)通式為ABO3。式中A的電價(jià)數(shù)為1或2，B的電價(jià)為4或5價(jià)。其晶胞（晶格中的結(jié)構(gòu)單元）結(jié)構(gòu)如圖5所示。文案大全22實(shí)用文檔圖5鈣鈦礦型的晶胞結(jié)構(gòu)490℃壓電陶瓷的晶胞結(jié)構(gòu)隨溫度的變化是時(shí)有所變化的。如下式及圖6所示。120℃5℃-90℃PbTiO3（PT）：四方相立方相BaTiO3（BT）：三角相正交相四方相立方相圖6鈦酸鋇晶胞結(jié)構(gòu)隨溫度的轉(zhuǎn)變（1）自發(fā)極化的產(chǎn)生以BT材料由立方到四方相轉(zhuǎn)變?yōu)槔?，分析自發(fā)極化的產(chǎn)生，如圖7所示。文案大全22實(shí)用文檔（a）立方相（b）四方相圖7BT中自發(fā)極化產(chǎn)生示意圖由圖可知，立

7、方相時(shí)，正負(fù)電荷中心重合，不出現(xiàn)電極化；四方相時(shí)，因Ti4+沿c軸上移，O2-沿c軸下移，正負(fù)電荷中心不重合，出現(xiàn)了平行于c軸的電極化。這種電極化不是外加電場(chǎng)產(chǎn)生的，而是晶體內(nèi)因產(chǎn)生的，所以成為自發(fā)極化，其相變溫度TC稱為居里溫度。（1）壓電陶瓷的電疇1）電疇的形成壓電陶瓷中自發(fā)極化一致的區(qū)域稱為電疇（或鐵電疇）。下面以的鈣鈦礦型結(jié)構(gòu)從立方相變到四方相為例，說(shuō)明電疇的形成。①c軸方向決定自發(fā)極化取向壓電陶瓷中晶粒內(nèi)部結(jié)構(gòu)從立方相變成四方相時(shí)，任何一個(gè)軸都可能成為四方相的c軸。又因自發(fā)極化平行于c軸，所以各晶胞的自發(fā)極化取向可以彼此不同。但這不

8、是一種能量最低狀態(tài)。②能量最低原則決定疇結(jié)構(gòu)為了符合能量最低原則，四方相晶粒必須形成疇結(jié)構(gòu)，即晶粒中形成一定的小區(qū)排列狀態(tài)—--疇結(jié)構(gòu)晶格匹配要求晶胞自發(fā)極化取向一