压电陶瓷
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压电陶瓷压电陶瓷(Piezoelectric ceramics)是一种特殊的陶瓷材料,具有压电效应。
它具有压电效应,能够在外界施加压力或扭转时产生电荷,同时在外加电场下也能产生机械变形。
因此,压电陶瓷广泛应用于传感器、换能器、储能器、振动器等领域。
本文将介绍压电陶瓷的原理、特性以及应用领域。
首先,我们来了解一下压电陶瓷的原理。
压电现象最早是由法国物理学家庞丁(Pierre Curie)和雅克(Jacques Curie)在1880年发现的。
他们发现某些晶体,如石英和长石,在外界施加压力时会产生电荷。
这被称为正压电效应。
而如果在外加电场的作用下,这些晶体会发生机械变形,这被称为反压电效应。
接下来,我们来探讨一下压电陶瓷的特性。
压电陶瓷具有几个主要的特性。
首先,它们具有良好的压电和逆压电效应。
这使得它们成为制造传感器和换能器的理想材料。
其次,压电陶瓷还具有良好的机械强度和稳定性。
它们可以承受高压力和机械应力,并且能够在广泛的温度范围内工作。
此外,压电陶瓷具有较宽的频率范围和较高的输出功率。
这使得它们成为制造振动器和储能器的理想选择。
压电陶瓷具有广泛的应用领域。
其中一个主要应用是在传感器领域。
压电陶瓷可以用于制造压力传感器、加速度传感器、力传感器等。
这些传感器可以广泛应用于自动化、工业控制、医疗设备等领域,实现对压力、加速度、力等参数的测量和监控。
另一个主要应用是在换能器领域。
压电陶瓷可以用于制造超声换能器、声波清洗器、喇叭等。
这些换能器可以将电能转化为机械能,实现声音的放大和传播。
此外,压电陶瓷还可以应用于振动器、储能器、精密电机等领域。
总之,压电陶瓷是一种独特的陶瓷材料,具有压电效应。
它具有压电和逆压电效应、良好的机械强度和稳定性、较宽的频率范围和高输出功率等特性。
压电陶瓷在传感器、换能器、储能器、振动器等领域有广泛的应用。
它们在实际生活中发挥着重要的作用,促进了科技的发展和进步。
希望随着科技的不断发展,压电陶瓷能够在更多领域发挥重要作用,为人们的生活带来更多便利和创新。
压电技术|压电陶瓷的主要特性有哪些?什么是压电陶瓷,主要有哪些特性?什么是压电陶瓷压电陶瓷是可以将电能转换成位移或出力的功能性材料。
当压电晶体在外力的作用下发生形变时,在晶体表面可以产生与外力成比例的电荷,这种由于机械力的作用而使晶体表面出现极化电荷的现象,称为正压电效应。
同时,当压电晶体置于外电场中,由于电场的作用,晶体会发生变形,形变的大小和外电场强度的大小成正比,这种由于电场的作用而使压电晶体发生形变的现象称为逆压电效应。
芯明天压电陶瓷产品以逆压电效应为主。
压电陶瓷的特性1、迟滞特性压电陶瓷升压曲线和降压曲线之间存在位移差。
在同一个电压值下,上升曲线和下降曲线上的位移值有明显的位移差,且这个位移差会随着电压变化范围的改变而改变,驱动电压越小则位移差也会相应越小,压电陶瓷的迟滞一般在给定电压对应位移值的10%-15%左右。
(如下图所示)。
我们将局部迟滞曲线的切换点之间的斜率定义为压电大信号形变系数d(G S):2、蠕变特性蠕变是指当施加在压电陶瓷的电压值不再变化时,位移值不是稳定在一固定值上,而是随着时间缓慢变化,在一定时间之后才会达到稳定值,如左图所示。
一般10s内蠕变量约为伸长量的1%~2%。
3、线性与非线性陶瓷的迟滞与蠕变可以通过闭环控制有效的消除,可以选择“芯明天”的闭环促动器以及闭环控制器产品。
4、温度特性温度变化是影响压电陶瓷纳米定位精度的一个非常重要的因素,压电陶瓷的性能会随着温度的改变而产生明显的变化。
叠堆共烧型压电陶瓷的居里温度为155℃,其使用温度为-25℃~+80℃。
超出100℃以上使用,陶瓷的性能会大幅下降,高温压电陶瓷的居里温度为360℃,操作温度可达200℃。
温度升高压电陶瓷的位移会受到一定的影响,取决于距离居里温度差值。
如果将陶瓷加热到居里温度点,将会产生退极化,压电效应将会随之消失,且不可恢复。
当与室温相比温度降低时,压电效应随之降低。
在液态氮的环境下,陶瓷的伸长度约为室温环境下的10%左右。
01 of 03Version 2010/rfq 有些压晶体管可以烧结为多晶体陶瓷,虽然每个细晶体的压电陶瓷有自发极化的,但从整体来看都互相抵销了,而显示没有压电现像。
但是,当高直流电压施载于这类陶瓷,自发极化的方向被引导到一P的方向和实现铁电现象的陶瓷。
添加某些添加剂,材料显现非常Ã定的频率,温度,和老化特性,正被德键电子应用于陶瓷滤波器。
相对于单晶,压电陶瓷的多样的优势特点如下:1. 利于大规模量产,降低生产成本。
2. 可以形成任何理想的形状。
3. 很容易实现极化方向。
4. 化学和物理性质稳定。
5. 容易加工制造。
陶瓷谐振器应用压电陶瓷的机械共振。
振荡模式各有不同的谐振频率。
在右侧的表格显示了这种关系。
作为谐振器,石英晶体是众所周知的。
RC 振荡电路和 LC 振荡电路也被用来产生电力共振。
以下是压电陶瓷特点。
02 of 03Version 2010/rfq 1. 高稳性的振荡频率稳定度是介于石英晶体和 LC 或 RC 振荡电路之间。
石英晶体的最大温度系数 10–6/°C,而 LC 或 RC 振荡电路约 10–3 到 10–4/°C。
与这相比,陶瓷谐振器是 10–5/°C 于 -20°C 至 +80°C。
2. 陶瓷谐振器的配置小,重量轻,只有石英晶体一半的体积。
3. 低价格,不需调整,压电陶瓷可以大规模生产,因此成本低,稳定性高。
不像 RC 或 LC 电路,陶瓷谐振器使用的是机械共振。
也就是说陶瓷谐振器 基本上没有受到外部电路或电源电压波动的影响。
高度Ã定的振荡电路,因此没有必要再调整。
[Note] : show the direction of vibration03 of 03Version 2010什么是压电陶瓷 陶瓷谐振器振动有哪些模式/rfq TOKEN返回首頁 - 什麼是壓電陶瓷。
压电陶瓷的分类嘿,朋友们,今儿咱们来聊聊一个挺有意思的话题——压电陶瓷,这玩意儿听起来挺高科技的,但其实它就在我们身边,默默地为我们的生活添彩呢!首先,咱们得明白啥是压电陶瓷。
简单来说,压电陶瓷就像是那些会“害羞”的石头,你轻轻一摸它,它就能感受到你的温柔,然后“脸红”一下,释放出一点点电来。
这可不是我瞎编的啊,这是科学原理,叫做压电效应。
简单来说,就是压力能变成电,神奇不神奇?那么,压电陶瓷这家伙到底有多少种呢?嘿,多了去了,就像咱们家里的调料瓶,各有各的味道,各有各的用处。
第一种,咱们叫它“硬汉型”压电陶瓷。
这种陶瓷啊,就像那些铁骨铮铮的汉子,硬气得很。
它的特点是强度高,耐得住各种折腾,不容易变形。
所以,在需要承受大压力、大冲击的地方,比如超声波传感器、压力传感器这些高科技玩意儿里,都能看到它的身影。
它就像个默默无闻的守护者,守护着设备的稳定运行。
第二种呢,咱们叫它“温柔型”压电陶瓷。
这种陶瓷啊,就像那些温柔如水的女子,细腻又敏感。
它的特点是灵敏度高,一点点小压力都能感受到,并且迅速转换成电信号。
所以,在需要高精度测量的场合,比如加速度传感器、陀螺仪这些精密仪器里,它可是大显身手。
它就像个细心的侦探,捕捉着每一个细微的变化。
还有一种特别有趣的压电陶瓷,咱们叫它“变色龙型”。
为啥这么叫呢?因为它能根据环境的不同,展现出不同的特性。
就像变色龙一样,能根据心情和需要变换颜色。
这种压电陶瓷啊,在特定的条件下,能够改变它的压电性能,比如温度、湿度这些。
这样一来,它就能在不同的场合下发挥不同的作用了。
这种灵活性啊,真是让人叹为观止!当然啦,压电陶瓷的种类还有很多很多,比如还有那些耐高温的、耐腐蚀的、抗疲劳的……它们各有各的特长和用途。
就像咱们人类一样,每个人都有自己的优点和特长嘛!说到这里啊,我不禁要感叹一下科技的神奇和伟大。
这些看似不起眼的压电陶瓷啊,竟然能在我们的生活中发挥如此重要的作用。
它们默默地工作着,为我们的生活带来便利和舒适。
Electrorheological 电流变电流变液 (Electrorheological Fluids)是一种智能流体,通常是由高介电常数的微米量级颗粒分散于低介电常数的绝缘油中而形成的悬浮液。
microfluids 微流体Mechanisms 机制,机械Dynamics 动力,动力学Induced polarization 感应激发极化rheological 流变学的,液流学的effective dielectric constant 有效介电常数insulating 绝缘的在他们研发后的近六十年时间里,电流变液体已经成为具有日益增长的科研魅力和实践重要性的材料。
这个评论追溯到机械装置,是由于这些液体的电流变反应和他们伴随的理论基础。
尤其是,电流变液体被分为了两个不同类型,非传导性的电流变和PZT(锆钛酸铅)piezoelectric ceramic transducer是PbZrO3和PbTiO3的固溶体,具有钙钛矿型结构。
PbTiO3和PbZrO3是铁电体和反铁电体的典型代表,因为Zr和Ti属于同一副族,PbTiO3和PbZrO3具有相似的空间点阵形式,但两者的宏观特性却有很大的差异,钛酸铅为铁电体,其居里温度为492℃,而锆酸铅却是反铁电体,居里温度为232℃,如此大的差异引起了人们的广泛关注。
研究PbTiO3和PbZrO3的固溶体后发现PZT具有比其它铁电体更优良的压电和介电性能,PZT以及掺杂的PZT系列铁电陶瓷成为近些年研究的焦点PZT压电陶瓷是将二氧化铅、锆酸铅、钛酸铅在1200度高温下烧结而成的多晶体。
具有正压电效应和负压电效应。
具有体积小,重量轻,精度和分辨率高,频率高,出力大等优点目前从环境保护的角度来讲,PZT已经被禁用了现代压电陶瓷材料正在向着复合化,薄膜化,无铅化和纳米化方向发展压电陶瓷在人们生活中的很多方面具有重要的应用,但是目前全球在大量使用的压电陶瓷材料仍是传统的含铅压电陶瓷,其中铅元素高达60%以上。
氧化铅是一种易挥发的有毒物质,在生产,制备,使用,和废弃后的处理过程中,都给人类和生存环境造成损害。
随着环保意识的日益深入,国际上正积极通过法律、法规、政府指令等形式对铅的的电子产品加以禁止。
高温烧结时氧化铅的挥发,在对环境造成污染的同时,还会造成陶瓷化学计量比的偏离,影响材料性能。
因此,无铅压电陶瓷逐渐成为压电陶瓷研究的热点之一。
无铅压电陶瓷的种类主要有:BaTiO3基无铅压电陶瓷、铌酸盐基无铅压电陶瓷、铋层状结构无铅压电陶瓷和BNT 基无铅压电陶瓷等WHAT IS “PZT”?PZT, or lead zirconate titanate (Pb[Zr(x)Ti(1-x)]O3), is one of the world’s most widely used piezoelectric ceramic materials. When fired, PZT has a perovskite (钙钛矿)crystal structure(晶体结构), each unit of which consists of a small tetravalent (四价的)metal ion(离子) in a lattice(晶格)of large divalent(二价金属)metal ions. In the case of (至于,在。
的情况下)PZT, the small tetravalent metal ion is usually titanium(钛)or zirconium(锆). The large divalent metal ion is usually lead(铅). Under conditions that confer a tetragonal or rhombohedral symmetry on the PZT crystals (鉴于压电陶瓷晶体拥有一个正方体或者斜方六面体的对称性的情况下), each crystal has a dipole moment(电偶极矩).PZT materials, and piezoelectric materials more generally, exhibit a unique range of properties(特殊的性能排列). In a basic sense, if a piezoelectric material is deformed(变形畸形的), an electric charge is generated in what is known as the piezoelectric effec(由于压电效应会产生电荷)t. The opposite of this phenomenon also holds true(相反同样有效): If an electric field(电场)is applied to a piezoelectric material, deformation occurs in what is known as the inverse(相反的颠倒的)piezoelectric effect.PZT is a metallic oxide(金属氧化物)based piezoelectric material developed by scientists at the Tokyo Institute of Technology(东京理工学院)around 1952.(PZT是在大约1952年东京理工学院研发的压电材料基础之上的一中金属氧化物)In comparison to the previously discovered metallic oxide based piezoelectric material Barium Titanate (钛酸钡)(BaTiO3), PZT materials exhibit greater sensitivity (灵敏度)and have a higher operating temperature(工作温度).PZT materials supplied by APC International are manufactured from high purity(高纯度的)precursors (先驱者,前体细胞), with properties(属性)optimized for specific applications by adjusting the zirconia:titania(二氧化钛)ration, and/or by including secondary materials.How is PZT Manufactured?Figure1: The process of manufacturing PZT powders(散剂,粉剂)consists of six distinct(不同的)unit operations (化工单元操作)(See Figure 1). High-purity raw(原材料)materials are evaluated, selected and sourced(获得)throughout the world. Selection criteria, in addition to(除了。
之外)purity, include material activity(活力)and limits on specific deleterious impurities(有毒杂质).Once each material is selected and approved for use, it is precisely weighed(精确的称重), according to the formulation being manufactured(加工配方), and transferred to wet mills(湿磨机). These ingredients(原料)are wet-milled(铣削)together in their proper proportions(适当比例)to achieve a uniform particle size distribution(粒度分布). Precise control over particle size distribution is necessary to ensure appropriate material(适合材质)activity during the calcination(煅烧).Following the wet milling process, the product is dried(干的)and prepared for calcining(煅烧). The product must be calcined in high-purity crucibles(坩埚)to guarantee no chemical contaminants(污染物)are present in the final product. The calcining operation is carried out(进行发生)in air at about 1000°C, where the desired PZT phase(所需的压电陶瓷相)is formed.It is important to remember that the major ingredient(成分)in PZT material is lead oxide(氧化铅), which is a hazardous materia(危险物)l with a relatively high vapor pressure(蒸汽压)at calcining temperatures. Therefore, it is possible to alter the desired composition by allowing too much lead (铅)to evaporate(使蒸发)during the firing operations(烧制). Proprietary measures(独特)are employed to ensure lead loss is not a factor.After calcining, the PZT powder is returned to the mill (磨坊)to ensure homogeneity(同质性均匀性)and to prepare the material for the addition of an organic binding agent(有机粘合剂). Thebinder-containing slurry(密封的粘合剂的研磨液)is then fed to(供应给)a spray dryer(喷雾干燥机), where water is evaporated. A successful spray drying operation requires experienced operators who can regulate the temperatures within the unit in accordance with the solids content(固体含量)of the slurry material, as well as the volume of slurry entering the dryer.The purpose of spray drying the PZT powder material(粉状材料)is to provide a free-flowing(自由流畅的)product in the form of(以某种形式)binder-containing(粘合密闭型的)hollow spheres(空心球体)with a narrow(紧凑的)particle size distribution(粒度分布). The morphology(形态学)of the PZT material is crucial to consistently fill die cavitie(刚模穴,阴模)s in the dry pressing(干压成型)process when manufacturing piezoelectric ceramics. The uniform PZT spheres of appropriate particle size distribution(压电陶瓷球的均匀适当的粒度分布)allow for air escapement(空气擒纵机构)throughout the compaction(压实)process, yielding lamination-free(免层压)green ceramic shapes.What is PZT made of?PZT was developed around 1952 at the Tokyo Institute of Technology. PZT is composed of the two chemical elements lead and zirconium combined with the chemical compound titanate(钛酸盐的化合物). PZT is formed(成形)under extremely high temperatures. The particulates(悬浮颗粒)are filtered out(过滤掉) using a mechanical filter.(机械过滤器)Popularity of PZT CeramicPZT, lead zirconate titanate(锆钛酸铅), is the most commonly used piezo ceramic today. In general, piezo ceramics are the preferred choice because they are physically strong(物理结构上的牢固), chemically inert(化学惰性)and relatively inexpensive to manufacture. Plus(再者), they can be easily tailored(定做)to meet the requirements of a specific purpose. PZT ceramic is revered(拥戴)because it has an even greater sensitivity(高度灵敏)and higher operating temperature than other piezo ceramics.PZT Ceramic ApplicationsPZT ceramic is used in a wide variety of applications. Soft (sensor) PZT ceramic(柔软的pzt陶瓷)powders are typically used when high coupling (高度耦合)and/or high charge sensitivity (高电荷灵敏度)are important, such as in flow(流体)or level sensors(液面传感器); ultrasonic nondestructive testing(超声波的无伤测试/评估的应用)/evaluation (NDT/NDE) applications; or for accurate inspections of automotive, structural or aerospace (汽车,建筑,航天工具)products. Material characteristics include a high dielectric constant(高介电常数); high coupling(高度耦合); high charge sensitivity; high density(高密度)with a fine grain(微利)structure; a high Curie point(居里温度); and a clean, noise-free frequency response(频率响应).Hard (high power(大功率)) PZT ceramic powders are used when high power characteristics are required, including applications such as the generation of ultrasonic or high-voltage(高电压)energy in ultrasonic cleaners(超声波清洗机), sonar devices, etc. Important powder characteristics include a high piezoelectric charge constant (d33); a higher mechanical quality factor(品质因素)that reduces mechanical loss(机械损失)and enables a lower operating temperature; a low dissipation factor(损耗因数)that ensures cooler, more economical operation; high dielectric stability(电解质的稳定性); and low mechanical loss under demanding conditions(需求状况).作为PZT材料的一个基本组成成分PbTiO3,虽被发现甚早,但由于其烧结困难等制作工艺等原因,长期内不能实际应用。