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新型陶瓷材料;第六章 压电陶瓷;对某些晶体施加压力、张力或切向力时，则发生与作用力成反比例的介质极化，同时在晶体两端面将出现数量相等、符号相反的束缚电荷，这种现象称为正压电效应； 晶体上施加电场引起极化时，将产生与电场强度成反比例的变形或机械应力，这种现象称为逆压电效应。 正、逆压电效应统称为压电效应，晶体是否呈现压电效应由晶体结构决定。;E3;介电陶瓷晶体的点群分类;有对称中心的晶体不呈现压电效应。因为这些晶体受到作用力后，内部不发生均匀变形，仍保持质点间对称排列，无不对称的相对位移，也就不会产生极化，电矩还是零，因此晶体表面不显示电性，也就不会呈现压电效应。 无对称中心的晶体在作用力的作用下，质点间产生不对称位移，结果产生了新的电矩，晶体表面显示电性，呈现出压电效应。 在32类晶族中，只有21种无对称中心，由于其中一种的压电常数为零，故有20种可以有压电效应，在这20种压电性晶体中的10种具有自极化效应，称为极性晶体，又因为受热可以产生电荷，故又称为热释电晶体。 极性晶体:因外加电场作用而改变自发极化方向的晶体便是铁电晶体。 反过来说，凡是铁电晶体必然是热释电晶体，而热释电晶体也必然是压电晶体。 ;压电体;在居里点以下，PbTiO3的晶胞已经由立方晶系变为四方晶系。在立方晶系，边长a=b=c，但到了四方晶系，a=b?c，即c轴变长或变短了。上下氧离子被挤出铅离子中心所在的平面。另外四个氧离子则因c轴伸长，不会被挤出铅离子中心所在的平面。上下氧离子被挤出时(如向下)，上氧离子与Ti4+的距离缩短，下氧离子与Ti4+的距离伸长，这样Ti4+受上氧离子的作用大于受到下氧离子的作用，因而Ti4+就向上位移。在四方晶胞里， Ti4+沿c轴偏离中心的机会比沿a轴和b轴偏离中心的机会大得多，这样在c轴产生了正、负电荷中心不重合，晶胞就产生极化，这就是自发极化。;钙钛矿晶体从立方相转变为四方相时，原立方晶胞的三个互相垂直的每一边都有可能伸长为四方晶相的c轴，但各部分的晶胞自发极化方向取向不同，这样晶体就出现了自发极化方向一致的小区域，即电畴。因为从立方相变为四方相时，???一个轴都有可能伸长为c轴，所以相邻的两个电畴相交只能是90? 或180?，电畴相交的界面叫畴壁。;什么是铁电体? 铁电体:具有自发极化、而自发极化因外电场的作用而转动的物体。 铁电性:自发极化随外电场转动的性质。 外电场变化可以使极化强度减少到零和使极化转向，所有的压电陶瓷都具有这一性质。;6.2 压电陶瓷的性能参数;(1)?? 机械品质因数： 是描述压电陶瓷在机械振动时，内部能量消耗程度的一个参数，这种能量消耗的原因主要在于内耗。 机械品质因数越大，能量的消耗越小。 (2)??? 机电耦合系数： 是综合反映陶瓷的机械能与电能之间耦合关系的物理量，是衡量压电陶瓷材料性能的重要参数。;(3)?弹性系数： 根据压电效应，压电陶瓷在交变电场中，会产生交变伸长和收缩，从而形成与激励电场频率相一致的受迫机械运动。对于具有一定形状、大小和被覆工作电极的压电陶瓷体称为压电陶瓷振子。实际上压电陶瓷振子谐振时的形变是很小的，一般可以看作是弹性形变。反映材料在弹性范围内应力与应变之间关系的参数为弹性系数。 (4)? 压电常数： 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，反映了应力或应变和电场或电位之间的联系，直接反映了材料机电性能的耦合关系和压电效应的强弱。;1、钙钛矿型结构 钙钛矿型晶体结构的化学通式为ABO3，许多重要的压电陶瓷均以钙钛矿型晶体结构的形式存在，如BaTiO3、PbTiO3、Pb(Mg1/3Nb2/3)O3等。式中的A为半径较大的正离子，B为半径较小的正离子，A离子的化合价可以是+1、+2、+3；B离子的化合价可以是+5、+4、+3；负离子通常是氧离子，也可以是F-1、S-2、Cl-2等离子。其晶型为六方最密堆积体。;2、BaTiO3压电陶瓷 BaTiO3晶体在室温下为四方晶系的铁电压电陶瓷材料，在居里点(120℃)以上，四方相转为立方相，在0℃时，晶体结构在正交~四方晶系之间变化，仍具有铁电性。 BaTiO3陶瓷通常是把BaCO3和TiO2按等量克分子混合后成型，并在1350℃左右烧结2~3h，烧成后在BaTiO3陶瓷上被覆银电极，在居里点附近的温度下通过强电流极化处理后，剩余极化仍能比较稳定地存在，并呈现相当大的压电性。 BaTiO3铁电体的发现已成为探索新型氧化物铁电体的转折点。在此基础上研究了置换BaTiO3所获得的PbTiO3、(PbBa)TiO3、PbZrO3、(PbBa)ZrO3、PbHfO3、(SrBa)TiO3或同BaTiO3有类似结构的ABO3型铁电体，如NaNbO3、NaTaO3、KNbO3、KTaO3、LiNbO3、Li