压电陶瓷材料分类

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1、为了适应公司新战略的发展，保障停车场安保新项目的正常、顺利开展，特制定安保从业人员的业务技能及个人素质的培训计划压电陶瓷材料分类压电陶瓷材料的分类1、按主要组成晶体结构分类：现已实用化的压电陶瓷材料主要分为：钙钛结构矿perovskitestructure具有钙钛矿结构的铁电，压电陶瓷属于ABO3型氧八面体，其中A为一价或二价金属离子，而B为四价或五价金属。半径较大的A正离子，半径较小的B正离子和氧离子分别位于晶胞格子的顶角，体心和面心。如图所示。这种结构也可看成是一组BO6八面体按简立方图样排列而成，各氧八面体由公有的氧离子联结，A正离子占据氧八面体之间的空隙，钙钛矿原胞是立方的，也可畸变成

2、具有三角和四方对称性。钛酸钡，钛酸铅，锆钛酸铅和KxNa1-xNbO3等铁电压电陶瓷具有钙钛矿结构。钨青铜结构tungsten-bronzestructure具有钨青铜结构的铁电，压电陶瓷也属于ABO3型氧八面体铁电体，一个四方晶胞包含10个BO6八面体，它们由其顶角按一定方式联结而成。偏铌酸铅和铌酸锶钡等铁电压电陶瓷具有钨青铜结构。铋层状结构bismuthlayerstructure铋层状结构可以看成是由其氧八面体类钙钛矿层与Bi2O12层交替叠成的。其中类钙钛矿(转载于:写论文网:压电陶瓷材料分类)层可以是一层如Bi2WO6,二层如PbBi2Nb3O9，三层如Bi4Ti8O12以至五层。在

3、类钙钛矿层中，其正离子可被许多离子取代。焦绿石结构pyrochlorestructure焦绿石结构是由共同顶角的NbO6或TaO6氧八面体组成，而较大的Cd2+或Pb2+离子位于氧八面体之间的间隙中。这种结构的铁电体仅出现在Cd2Nb2O2,Pb2Nb2O2和Cd2Ta2O7等有限几种化合物中*本公司产品压电陶瓷材料主要为钙钛矿结构。2、按主要组成组元分类：单元系陶瓷unitsystemceramics实用的单元系其结晶构造几乎都是BaTiO3为代表的钙钛矿结构和PbNbO6等的钙青铜结构：属于钙钛矿结构的单元系材料有BaTiO3、PbTiO3、PbZrO3、居里点高的iNaTi2O6(Tc=

4、320),BiKTiO6(380),Pb2FeNb6(112)和Pb3ZnNb2O3()等压电陶瓷。属于钨青铜型结构的单元系压电陶瓷有bNb2O6PbTa2O6用和稀土等置换a就得到属于钨青铜型结构的化合物aNb2O3a.钛酸钡陶瓷bariumtitanateceramics钛酸钡陶瓷是一种具有典型钙钛矿结构的铁电陶瓷。它通常是以碳酸钡和二氧化钛为主要原料，预先合成后再在高温下烧结而成的。b.钛酸铅陶瓷leadtitanateceramics钛酸铅陶瓷是具有钙钛矿性结构的铁电陶瓷。它通常是由四氧化三铅或氧化铅和二氧化钛以及少量添加物预先合成后再在高温下烧结而成的。二元系陶瓷binarysyst

5、emceramies二元系压电陶瓷是俩种化学通式ABO3型结构的化学物所形成的固溶体，其中A代表二价的正离子Pb2+,Ba2+,Mg2+,Ca2+,Sr2+,等或一价正离子K+,Na+等，B代表四价的正离子Zr4+,Ti4+或五价的Nb5+等。最常见的二元系压电陶瓷是PbZrxTi1-xO3。通过调节两种ABO3型结构的克分子比，以及用取代元素和添加物改性的方法，可以获得各种不同用途的材料。锆钛酸铅陶瓷LeadzirconateceramicPbZrxTi1-xO3锆钛酸铅陶瓷通常简称为PZT陶瓷，这种压电陶瓷目前受到广泛应用。它是PbZrO3和PbTiO3的固溶体，具有钙钛矿型结构，当锆钛比

6、为53/47左右即共晶相界附近时，具有最强的压电性能。三元系陶瓷ternarysystemceramics三元系陶瓷通常是在具有钙钛矿性结构的锆钛酸铅PbZrO3-PbTiO3中二元系再增加第三种化学通式为ABO3型化合物而形成的三元系固溶体。所增加的第三种成分，它们的共同特点是在掺入PbZrO3-PbTiO3之中形成固溶体后不改变整个晶格的钙钛矿型结构。多元系陶瓷polynarysystemceramics压电陶瓷材料的主要性能及参数自由介电常数T33电介质在应变为零时的介电常数，其单位为法拉/米。相对介电常数Tr3介电常数T33与真空介电常数0之比值，Tr3=T33/0，它是一个无因次的物

7、理量。介质损耗电介质在电场作用下，由于电极化弛豫过程和漏导等原因在电介质内所损耗的能量。损耗角正切tg理想电介质在正弦交变电场作用下流过的电流比电压相位超前900，但是在压电陶瓷试样中因有能量损耗，电流超前的相位角小于900，它的余角称为损耗角，它是一个无因次的物理量，人们通常用损耗角正切tg来表示介质损耗的大小，它表示了电介质的有功功率P与无功功率Q之比。即：电学品质因数Qe电学品质因数的值等于试样的损耗角正切值的倒数，用Qe表示，它是一个无因次的物理量。若用并联等效电路表示交变电场中的压电陶瓷的试样，则Qe=1/tg=CR机械品质因数Qm压电振子在谐振时储存的机械能与在一个周期内损耗的机械

8、能之比称为机械品质因数。它与振子参数的关系式为：泊松比泊松比系指固体在应力作用下的横向相对收缩与纵向相对伸长之比，是一个无因次的物理量，用表示：=-S12/S11串联谐振频率fs压电振子等效电路中串联支路的谐振频率称为串联谐振频率，用fs表示，即并联谐振频率fp压电振子等效电路中并联支路的谐振频率称为并联谐振频率，用fp表示，即fp=谐振频率fr使压电振子的电纳为零的一对频率中较低的一个频率称为谐振频率，用fr表示。反谐振频率fa使压电振子的电纳为零的一对频率中较高的一个频率称为反谐振频率，用fa表示。最大导纳频率fm压电振子导纳最大时的频率称为最大导纳频率，这时振子的阻抗最小，故又称为最小阻

9、抗频率，用fm表示。最小导纳频率fn压电振子导纳最小时的频率称为最小导纳频率，这时振子的阻抗最大，故又称为最大阻抗频率，用fn表示。基频给定的一种振动模式中最低的谐振频率称为基音频率，通常成为基频。泛音频率给定的一种振动模式中基频以外的谐振频率称为泛音频率。温度稳定性温度稳定性系指压电陶瓷的性能随温度而变化的特性。在某一温度下，温度变化1时，某频率的数值变化与该温度下频率的数值之比，称为频率的温度系数TKf。TKf=另外，通常还用最大相对漂移来表征某一参数的温度稳定性。正温最大相对频移=fs(正温最大)/fs(25)负温最大相对频移=fs(负温最大)/fs(25)机电耦合系数机电耦合系数K是弹

10、性一介电相互作用能量密度平方V122与贮存的弹性能密度V1与介电能密度V2乘积之比的平方根。压电陶瓷常用以下五个基本耦合系数A、平面机电耦合系数KPB、横向机电耦合系数K31C、纵向机电耦合系数K33D、厚度伸缩机电耦合系数KTE、厚度切变机电耦合系数K15压电应变常数D压电应变常数是在应力T和电场分量EM(MI)都为常数的条件下，电场分量E变化所引起的应变分量SI的变化与EI变化之比。压电电压常数G(PIEZOELECTRICVOLTAGECONSTANT)该常数是在电位移D和应力分量TN都为常数的条件下，应力分量TI的变化所引起的电场强度分量EI的变化与TI的变化之比。居里温度TC(CUR

11、IETEMPERATURE)压电陶瓷只在某一温度范围内具有压电效应，它有一临界温度TC，当温度高于TC时，压电陶瓷发生结构相转变，这个临界温度TC称为居里温度。温度稳定性(TEMPERATURESTABILITY)指压电陶瓷的性能随着温度变化的特性，一般描述温度稳定性有温度系数或最大相对漂移二种方法。十倍时间老化率(AGEINGRATEPERDECADE)Y表示某一参数频率常数(FREQUENCYCONSTANT)对于径向和横向长度伸缩振动模式，其频率常数为串联谐振频率与决定此频率的振子尺寸的乘积。对于纵向长度厚度和伸缩切变振动模式，其频率常数为并联谐振频率与决定此频率的振子尺寸的乘积，其单位

12、：常用的压电材料分类第一类是无机压电材料，分为压电晶体和压电陶瓷，压电晶体一般是指压电单晶体；压电陶瓷则泛指压电多晶体。压电陶瓷是指用必要成份的原料进行混合、成型、高温烧结，由粉粒之间的固相反应和烧结过程而获得的微细晶粒无规则集合而成的多晶体。具有压电性的陶瓷称压电陶瓷，实际上也是铁电陶瓷。在这种陶瓷的晶粒之中存在铁电畴，铁电畴由自发极化方向反向平行的180畴和自发极化方向互相垂直的90畴组成，这些电畴在人工极化条件下，自发极化依外电场方向充分排列并在撤消外电场后保持剩余极化强度，因此具有宏观压电性。如：钛酸钡BT、锆钛酸铅PZT、改性锆钛酸铅、偏铌酸铅、铌酸铅钡锂PBLN、改性钛酸铅PT等。

13、这类材料的研制成功，促进了声换能器，压电传感器的各种压电器件性能的改善和提高。压电晶体一般指压电单晶体，是指按晶体空间点阵长程有序生长而成的晶体。这种晶体结构无对称中心，因此具有压电性。如水晶、镓酸锂、锗酸锂、锗酸钛以及铁晶体管铌酸锂、钽酸锂等。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，受切型限制存在尺寸局限，但稳定性很高，机械品质因子高，多用来作标准频率控制的振子、高选择性的滤波器以及高频、高温超声换能器等。近来由于铌镁酸铅

14、Pb(Mg1/3Nb2/3)O3单晶体性能特异，国内外上都开始这种材料的研究，但由于其居里点太低，离使用化尚有一段距离。第二类是有机压电材料，又称压电聚合物，如偏聚氟乙烯及其它为代表的其他有机压电材料。这类材料及其材质柔韧，低密度，低阻抗和高压电电压常数(g)等优点为世人瞩目，且发展十分迅速，现在水声超声测量，压力传感，引燃引爆等方面获得应用。不足之处是压电应变常数偏低，使之作为有源发射换能器受到很大的限制。第三类是复合压电材料，这类材料是在有机聚合物基底材料中嵌入片状、棒状、杆状、或粉末状压电材料构成的。至今已在水声、电声、超声、医学等领域得到广泛的应用。如果它制成水声换能器，不仅具有高的静水压响应速率，而且耐冲击，不易受损且可用与不同的深度。目的-通过该培训员工可对保安行业有初步了解，并感受到安保行业的发展的巨大潜力，可提升其的专业水平，并确保其在这个行业的安全感。