压电陶瓷电特性测试与分析

压电陶瓷片的原理及特性试验
极化压电陶瓷片是一种由极化压电陶瓷制成的特殊功能晶体片，具有
优越的振动、放电和电磁屏蔽特性，在各种振动噪声、主被动设备中
有广泛的应用。

一、极化压电陶瓷片的原理
极化压电陶瓷片的原理是：将极化压电陶瓷放置在一定的电场作用下，当外加振动时，它会产生两类变形：即按照电场方向的拉伸变形和横
向剪切变形。

前者产生位移电势，后者产生垂直变形电位，使极化压
电陶瓷得以工作。

二、极化压电陶瓷片的特性试验
1.快速响应特性
极化压电陶瓷片具有快速响应特性，激振后能够迅速响应，具有良好
的冲击特性，可以将外界振动信号快速转换为能量信号。

2.良好的振动特性
极化压电陶瓷片具有良好的振动特性，能克服振动不均匀性，除去不
需要的振动幅度和频率，进而也减弱相应的噪音。

3.良好的电磁屏蔽特性
极化压电陶瓷片在紊乱的电磁环境中仍能有效屏蔽被干扰，具有良好的等效电阻，能将电磁波转换为热能，使被干扰信号受到有效屏蔽。

4.性能稳定
极化压电陶瓷片具有横向剪切室高灵敏度和高稳定度，其中包括拉伸灵敏度和熔化频率的稳定性。

5.容易分离及复原
极化压电陶瓷片容易分离，不会发生损坏，可以进行快速和高效的组装，同时更替的也非常的简单方便。

一、实验目的1. 了解压电陶瓷的基本性能、结构、用途、制备方法。

2. 掌握压电陶瓷常见的表征方法及检测手段。

3. 通过实验，掌握压电陶瓷的性能测试方法，并对实验数据进行处理和分析。

二、实验原理压电陶瓷是一种具有压电效应的陶瓷材料，当受到外力作用时，会在其表面产生电荷；反之，当施加电场时，压电陶瓷会产生形变。

压电陶瓷的性能主要包括压电系数、介电常数、损耗角正切、机械品质因数等。

三、实验材料与仪器1. 实验材料：压电陶瓷样品2. 实验仪器：（1）电容测微仪（2）机械标定仪（3）直流电源（4）扫描隧道显微镜（5）谐振法测定仪（6）准静态法测定仪四、实验步骤1. 样品准备：将压电陶瓷样品清洗干净，并用无水乙醇进行脱脂处理。

2. 压电陶瓷性能测试：（1）电容测微仪测试：将压电陶瓷样品固定在电容测微仪上，通过改变直流电压，观察样品的轴向变形和弯曲变形。

（2）谐振法测定：将压电陶瓷样品固定在谐振法测定仪上，测量样品的频率响应曲线和压电耦合系数。

（3）准静态法测定：将压电陶瓷样品固定在准静态法测定仪上，测量样品的压电常数d33。

3. 数据处理与分析：将实验数据输入计算机，进行数据处理和分析，得出压电陶瓷的性能参数。

五、实验结果与分析1. 电容测微仪测试结果：通过电容测微仪测试，得出压电陶瓷样品的轴向变形和弯曲变形与电压的关系曲线。

根据曲线，计算出样品的压电系数。

2. 谐振法测定结果：通过谐振法测定，得出压电陶瓷样品的频率响应曲线和压电耦合系数。

根据曲线，计算出样品的介电常数和损耗角正切。

3. 准静态法测定结果：通过准静态法测定，得出压电陶瓷样品的压电常数d33。

根据测定结果，分析样品的压电性能。

六、实验结论1. 压电陶瓷样品具有良好的压电性能，满足实验要求。

2. 实验过程中，通过电容测微仪、谐振法测定和准静态法测定，分别获得了压电陶瓷样品的轴向变形、弯曲变形、频率响应曲线、压电耦合系数、介电常数、损耗角正切和压电常数等性能参数。

压电陶瓷测试方法国标压电陶瓷是一种可以产生电荷和电势差的材料，具有压电效应。

为了保证压电陶瓷产品质量的准确性和可靠性，需要进行一系列测试。

以下是压电陶瓷测试的国际标准方法。

1.电感测量法电感测量法用于测量压电陶瓷元件的电感值。

测试时，将元件连接到测试电路中，以确保电感的准确测量。

在测试过程中，应注意保持环境恒温，并校准测试仪器。

2.动态机械特性测试动态机械特性测试用于评估压电陶瓷材料的机械性能。

测试方法包括材料的疲劳寿命测试、应变-力测试、失效测试等。

通过这些测试，可以评估材料的稳定性和可靠性。

3.压电常数测试压电常数是一个重要的参数，用于描述压电陶瓷材料的压电效应。

测试方法包括绝对压电常数和相对压电常数的测量。

测试时需要使用压电测试仪器，并进行准确校准。

4.电压系数测试电压系数是衡量压电陶瓷材料在电压变化下的应变变化的参数。

测试方法包括压电陶瓷材料在不同电压下的应变测量。

测试时，需要使用电压测试仪器，并进行准确校准。

5.热稳定性测试热稳定性测试用于评估压电陶瓷材料在高温环境下的性能。

测试方法包括高温膨胀系数的测量、热导率测试等。

通过这些测试，可以评估材料在不同温度范围内的性能稳定性。

6.密度测量密度测量是评估压电陶瓷材料质量的重要指标。

测试方法包括大小排列法、水排除法、放射射线法等。

测试时，需要选择适当的方法，并使用准确的仪器进行测量。

7.表面形貌测试表面形貌测试用于评估压电陶瓷材料的表面质量和形态。

测试方法包括光学显微镜、扫描电子显微镜等。

通过这些测试，可以评估材料的表面光滑度和微观结构。

以上是压电陶瓷测试的国际标准方法。

这些测试方法可以帮助生产厂家确保产品质量的可靠性和一致性，以满足市场需求和客户需求。

1 概述振动在周围环境中无处不在，振动机械能不仅是一种较普遍的能源形式，而且该能源是一种清洁的能源，如果可以将这些振动形式的能量转换为电能加以收集存储供随后使用，就可以将这种取之不尽的能源用于实际的工程当中，解决一些能源问题[1]。

目前微机电技术、材料科学、微电子技术、计算机技术等各领域科技最近几年得到快速发展，使得研究对象和产品结构和部件的尺寸变得越来越小，同时需求量变得越来越大，使得精密仪器对特殊形状的压电陶瓷片需求越来越多，压电陶瓷的应用形式也越来越广[2]。

本文将在不同外界压力作用下，对压电陶瓷元件的电气参数进行测试与分析。

2 压电陶瓷性能简介目前国内外已有对压电陶瓷压电特性进行的研究，并取得了一定成果。

1880年Pierre Curie 和Jacques Curie 在实验中发现了压电效应(在机械外力作用下,介质内部正负电荷中心发生相对位移而引起极化,由机械效应转化为电效应)，1881年他们又通过实验验证了逆压电效应(加反向电场,陶瓷片沿极化方向缩短。

这种由于电效应转变成机械效应的现象是逆压电效应)的存在[3]。

压电陶瓷的力输出特性和其位移输出特性是分不开的，针对电陶瓷的位移输出特性，1998年，哈工大张涛等在论文中提出陶瓷是具有有限刚度的弹性体，在受到外力后要被压缩。

压电陶瓷位移输出和电压之间的关系是：随电压增大，位移输出也增大，力输出和位移输出的关系是；随位移输出的增大，力输出减小[4，5]。

压陶瓷的输出力和位移的关系曲线表明在空载的情况下压电陶瓷的输出位移为最大输出位移，在最大输出力的作用下，压电陶瓷的位移输出将为零[6]。

由于迟滞、蠕变等因素的影响，难以用一种统一的数学模型来准确的描述它[7]常见的描述有Preisach 模型[8-9]Prandtle-Ishlinskii 模型[10-11]，Maxwell 模型[12] 。

是从现象的角度描述其位移输出特性。

因此受到位移输出复杂性的影响，其力输出特性的描述也变的相当的复杂。

压电陶瓷的原理及特性研究
压电陶瓷是一种能够产生压电效应的材料。

压电效应是指当该材料受到外力作用时，会产生电荷分离或极化现象，从而在材料上产生电压。

压电陶瓷的原理是基于固体晶格的对称性变化。

当外力作用于压电陶瓷时，晶格中的离子会发生位移，从而引起正负电荷的分离。

这种电荷分离产生的电势差可以用来发电或驱动其他电子设备。

压电陶瓷的主要特性包括以下几个方面：
1. 压电效应：压电陶瓷可以在被压缩或拉伸时产生电压，这个特性使得它可以应用于传感器、振动器等领域。

2. 可逆性：压电陶瓷的压电效应是可逆的，即当外力停止作用时，电荷分离消失，电势差恢复为零。

这使得压电陶瓷可以在需要时对外力作出反应，而不需要额外的能源输入。

3. 高稳定性：压电陶瓷具有高稳定性和抗疲劳性能，可以在较长时间内保持稳定的压电效应。

这使得它能够在恶劣环境下工作，如高温、高湿度等条件。

4. 宽频响特性：压电陶瓷具有宽频响特性，可以在很宽的频率范围内产生响应。

这使得它在振动传感器、声波发射器等领域有广泛的应用。

通过研究压电陶瓷的原理及特性，可以进一步优化它的性能，拓展其在各个领域的应用。

材料测试方法举例——压电陶瓷压电陶瓷是一种能够产生压电效应的陶瓷材料，具有压电、电致伸缩和压电声发射等特性。

为了评估压电陶瓷的性能和质量，需要进行一系列的材料测试方法。

下面是针对压电陶瓷的几种常用测试方法举例，供参考。

1.压电常数测试：压电常数是评价压电陶瓷的重要指标之一，用于描述材料对外力作用下电荷产生的比例关系。

测试之前，首先需将压电陶瓷样品制成规定的尺寸，然后通过设备施加压力，测量在不同压力下的电荷大小，进而计算压电常数。

常用的测试方法包括电荷常数法、弯曲法和悬臂梁法等。

2.电机械耦合系数测试：电机械耦合系数是反映压电陶瓷在电场作用下的振动和机械功率输出之间关系的指标。

测试时，将压电陶瓷样品固定在振动台上，通过施加电压激励材料振动，测量振动的频率和幅值，然后计算电机械耦合系数。

3.管路声发射测试：压电陶瓷可以应用于声发射传感器，用于检测管路中的泄漏或其他故障。

测试时，将压电陶瓷传感器安装在管路上，并进行正常运行的测试过程。

通过监测传感器产生的压电信号变化，可以识别管路中是否存在泄漏或故障。

4.微观结构分析：压电陶瓷的微观结构对其性能具有重要影响，因此需要进行微观结构分析。

常用的方法包括扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）和X射线衍射（XRD）等。

通过这些技术，可以观察到材料的晶粒结构、晶格畸变和缺陷等信息，从而评估材料的质量和性能。

5.稳态和瞬态性能测试：为了确定压电陶瓷的稳态和瞬态性能，需要进行相应的测试。

稳态性能测试主要包括电压-位移曲线测试和电压-电荷曲线测试，通过施加不同的电压并测量相应的位移或电荷，来评估材料对电场刺激的响应。

瞬态性能测试主要包括步进响应测试和冲击响应测试，通过输入瞬态电压或冲击信号，测量材料的响应时间和能量转换效率。

上述仅是压电陶瓷测试方法的一小部分举例，实际测试方法应根据具体应用和需求进行选择和设计。

测试方法的选取应考虑准确性、重复性、可靠性和可操作性等因素，以确保对压电陶瓷材料进行准确全面的评估。

实验十一 压电陶瓷介电性能测定实验名称：压电陶瓷介电性能测定 实验项目性质：普通实验 所涉及课程：电子材料 计划学时：2学时 一 、实验目的1. 通过实验了解电介质介电常数与介质损耗角正切tgδ 的概念和物理意义；2. 熟悉用LCR 型电桥测量电容器的电容量及介质损耗角正切的方法；3. 通过实验了解不同类型的介质材料其tgδ随频率的变化特性。

二、实验内容1. 实验老师介绍使用TH2810B 系列LCR 型电桥；2. 测试压电陶瓷的介电常数。

三、实验（设计）仪器设备和材料清单TH2810B 系列LCR 型电桥、压电陶瓷晶片、千分尺等。

四、实验原理根据电介质理论，各种电介质在电场作用下都要发生极化过程，其宏观表现可以用电介质的介电系数来表征。

不同类型的介质材料，由于发生极化的微观机制不同，不仅数值有明显差别，而且与频率的关系也有很大不同。

同样地，由于产生介质损耗的来源不同，各类电介质的tg δ数值及其与频率的关系都表现出各不相同的特点。

实验时，选用要测定的电介质制成电容器作为测量样品，利用LCR 电桥直接测定电容量和损耗角正切值的大小以及与频率的关系，研究介质的极化特性。

在已知样品直径（d ）和电介质厚度（t ）的条件下，由公式204/r Ct d επε=--C -电容（F ），t 样品厚度（m ），d -样品直径（m ），ε0-真空介电常数8.85×10-12（F/m ）。

就能计算出相应的介电系数 。

测试不同频率下电介质的介电系数和损耗角正切tgδ，常用电桥法，其工作原理如图11-1所示。

将试样等效成电容C X 和电阻R X 并联，调节R 4和C N ，使电桥平衡，根据平衡条件可求得：改变测试频率，可获得不同频率下的介电系数和损耗角正切。

其中C N 、R 3为已知标准平衡元件。

图11-1 电桥法测试原理五、实验步骤利用TH2810B系列LCR型电桥测试。

1.用游标卡尺测量样品的厚度t和直径d。

压电陶瓷特性实验报告压电陶瓷特性实验报告引言压电陶瓷是一种能够在外力作用下产生电荷的材料，具有广泛的应用领域。

本实验旨在研究压电陶瓷的特性，包括压电效应、介电特性和机械特性等方面。

通过实验，我们可以更深入地了解压电陶瓷的性能和应用潜力。

实验一：压电效应在这个实验中，我们使用了一块压电陶瓷片和一台压电仪器。

首先，我们将压电陶瓷片固定在仪器上，并施加一定的压力。

随后，我们观察到仪器上显示的电压值随着施加的压力而变化。

这说明压电陶瓷具有压电效应，即在外力作用下会产生电荷。

实验二：介电特性为了研究压电陶瓷的介电特性，我们使用了一台电容测试仪。

首先，我们将压电陶瓷片固定在测试仪上，并连接电源。

随后，我们通过改变电源的电压，观察到测试仪上显示的电容值的变化。

这表明压电陶瓷在电场作用下会发生介电极化，导致电容值的变化。

实验三：机械特性在这个实验中，我们使用了一台拉伸试验机。

我们将压电陶瓷片固定在试验机上，并施加一定的拉伸力。

通过改变施加的力大小，我们观察到压电陶瓷片的形变情况。

同时，我们还测量了形变量与施加力的关系。

结果显示，压电陶瓷具有良好的机械特性，能够在外力作用下发生可逆的形变。

实验四：应用潜力通过以上实验的结果，我们可以看出压电陶瓷具有多种特性，具备广泛的应用潜力。

例如，在传感器领域，压电陶瓷可以用于测量压力、温度和加速度等参数。

此外，在声学领域，压电陶瓷可以用于扬声器和麦克风等设备。

还有一些其他领域，如医疗、能源和通信等，也可以应用压电陶瓷技术。

结论通过本次实验，我们深入了解了压电陶瓷的特性。

压电效应、介电特性和机械特性是压电陶瓷的重要特性，为其在多个领域的应用提供了基础。

压电陶瓷的应用潜力巨大，可以为现代科技的发展做出重要贡献。

我们相信，在进一步研究和技术创新的推动下，压电陶瓷将在未来得到更广泛的应用。