压电材料与应用讲述.pptVIP

此外，还有 铌钴酸铅系[xPb（Co1/3Nb2/3）O3]：其径向振动机电耦合系数Kp和Qm值均较高，可用作超声振子和变压器、滤波器、拾音器等。 锑锰酸铅系[xPb（Mn1/2Sb1/2）O3]：Kp调节范围大、Qm值很高，介质损耗小，稳定性良好。 钨锰酸铅系[xPb（Mn1/2W1/2）O3]：击穿电压极高，Qm值很大，Kp值大，而且谐振频率温度稳定性好。 镁碲酸铅系[xPb（Mg1/2Te1/2）O3]：可耐反复加压，电、机性能老化小。 Kp K33 Kt K15 K31 7、频率常数N 对某一压电振子，其谐振频率和振子振动方向长度的乘积为一个常数，即频率常数。 N=fr×l 其中： fr为压电振子的谐振频率； l为压电振子振动方向的长度。 薄圆片径向振动 Np=fr×D 薄板厚度伸缩振动 Nt=fr×t 细长棒K33振动 N33=fr×l 薄板切变K15振动 N15=fr×lt D为圆片的直径 t为薄板的厚度 l为棒的长度 lt为薄板的厚度 压电材料性能指标 1.4 压电陶瓷 1.4.1压电材料类别 1.压电单晶 这是天然形成或人工制成的、具有各向异性的单晶铁电体材料，它具有的压电效应是基于组成晶体结构的点阵上正负离子相对位置变化而引起的。常用的压电单晶有： 石英（SiO2）：这是天然形成或人工培育（人造水晶）的晶体，均匀性好，居里点高；阻抗高，机械Q值（Qm）大；硬度高、耐磨性好；不会潮解；性能极稳定，老化极慢极小，而且其性能随温度的变化极小，可获得不随时间而变的线性频率温度系数；损耗小，可用于极高的频率；绝缘性能好，能在高电压下使用；能用于较高和极低的温度环境等。由于石英具备了许多优越的性能，故至今仍被广泛应用，特别是用作标准换能器以及例如电脑设备中的时间振荡器等。它的缺点是机电变换效率低，使系统回路的增益较低。 铌酸锂（LiNbO3）、α碘酸锂（α-LiIO3）、硫酸锂（Li2SO4）等。 这里结合前面讲的一些内容介绍一下铌酸锂 ： 铌酸锂是一种无色或者略带黄色的透明晶体，它有良好的压电性，机电耦合系数高，机械Q值高，是优良的传声介质和高频换能器材料。 制备方法： 铌酸锂单晶是用提拉法从熔体中生长的。将高纯LiCO3和Nb205粉料按一定比例混合，压制成片，在1200℃下烧结，使其反应产生LiNbO3,烧结后，块料体积大大缩小，便于装料。也可熔成多晶料，然后将多晶料装入坩埚中，升温至原料融化，最后得到单晶棒，单晶棒出炉后，经过退火、极化、质量检测，就可加工使用。 2.压电陶瓷材料 这是通过粉末烧结方法人工焙烧制成的多晶铁电体材料，它具有的压电效应是基于电致伸缩效应，其压电性能随烧结工艺和配方成分的不同而存在差异，因此其种类繁多且性能也互有出入。 压电陶瓷易于制成各种形状，可以多种振动模式振动以适应于各种用途，具有较高的机电耦合系数，较高的回路增益和灵敏度，这是它的重要优越性。 常用压电陶瓷材料有： 锆钛酸铅[Pb（ZrxTi1-x）O3]：（x＜1），代号PZT，有多种配方并各有特点，是目前最常用的压电陶瓷。 压电陶瓷的品种还有钛酸铅（PbTiO3）、铌酸铅（PbNbO3）、偏铌酸铅（PbNb2O6）、偏铌酸铅钡[（Pb0.6Ba0.4）Nb2O6]、铌酸钾钠[（Na0.5K0.5）NbO3]等等。 还有三元与四元系压电陶瓷 　相比较而言，压电陶瓷压电性强、介电常数高、可以加工成任意形状，但机械品质因子较低、电损耗较大、稳定性差，因而适合于大功率换能器和宽带滤波器等应用，但对高频、高稳定应用不理想。石英等压电单晶压电性弱，介电常数很低，但稳定性很高，机械品质因子高，多用来作滤波器以及高频、高温超声换能器等。 3.压电聚合物 这是具有压电效应的新型人工合成的半结晶性聚合物，称为极性高分子聚合物，其压电效应是基于有极分子的转动，目前以聚偏氟乙烯（PVDF）性能最好。 PVDF（-CH2-CF2-）是最有极性的高分子聚合物之一。在低于100℃温度下将PVDF薄膜拉伸到原来的几倍长，即得到β型（PVDF的一种结晶形式）薄膜，施以电极（通常为铝），在高直流电场中极化（温度在80~150℃），将获得压电性能，它可以有效地用作声接收器，有良好的热稳定性，此外，材料可弯曲，声阻抗小，与水匹配较好，特别适用于水听器以及医学超声诊断声场测试用的换能器。压电薄膜材料的缺点是信噪比尚不理想，机电耦合系数还不够大，而且机械和介电损耗比较大。此外，由于品质因素（Qm、Qe）较小，故不适用于需要尖锐共振之处，也不适用于大输入和连续工作，因为它在80℃以上温度下长时间使用时，其压电效果减小。 聚二氟乙烯（PVF2）是目前发现的压电