给钦酸铬��!∀压电陶瓷及其应用强银育〔摘要〕本文介绍了错铁酸铅压电陶瓷材料的性能、特点和应用棍况,韭介绍!格伙酸铅压电陶瓷元件的应用实例。一、�!压电陶瓷材料#、�∃%!,∀&∋〔取其字头简称#∃!〕压电陶瓷是由三个成分系��。()、�∗∃%&+、�∗!#+∀的材料在,−&&℃的高温下烧结而成的多晶体,烧结后的陶瓷材料用+./011的直流高电压进行分极处理。分极处理后的陶瓷材料才具有显殊而持续的压电效应。�∃!压电陶瓷材料具有居里点高、机电藕合系数2及机械品质因素31大、温度稳定性和耐久性好,4且形状可以任意选择,便于大量生产等特点。压电陶瓷由于它的性能参数多样性、振动模式的研究与开发利用以及器件制作技术的进步等因素,促使它在近十年来发展甚为迅速,应用「,趋∀“泛,对整个国民经济的发展有着一定的影响。5,一,压电陶瓷的压电效应当在某些各向异性的多晶陶瓷材料上施加应力时,则陶瓷的某些�取决于极化方向∀表面上会出现电荷,内部产生电场,这种效应称为正压电效应6反之,在陶瓷材料上施加电压时,它会产生几何变形,这一效应称为逆压电效应仄电陶瓷材料同时具有正、逆压电效应57一−压电陶瓷材料的主要参数�,∀介电常数压电陶瓷是电介质,故它具备作为电介质的电学性能,其电学量一一电感应强度8和电场强度,之间成正比,其比例系数。称为介电常数,即589￡:�,∀有时使用相对介电常数;),与。的关系为。%一刁;。,式中)‘为空气介电常数。压电陶瓷在极化处理前是各向同性的多晶体,这时沿方向,、−、+�即三维的<、=、∃∀的介电常数是相同的,即只有一个介电常数。极化处理后,由于沿极化方向产生剩‘余极化成为各向异性的多晶体,此时沿极化方向的介电性就与其它两个方向的介电性不同。设陶瓷的极化方向为+,则有;,,9;)−斗。++,即有两个介电常数。�−∀弹性常数压电陶瓷又是弹性体,它具备作为弹性体的力学性能,其力学量一应力!与应变>之间,在弹性限度范围内成正比,比例系数>称为弹性顺度常数,即!一∋∋�−∀但是任何材料都是三维的,当施加应力于长度方向时,不仅长度方向产生应变、宽度与厚度方向也产生应变。即施加应力的方向不同,材料不同方向的弹性常数>也不同。上面�,∀、�−∀两式是压电陶瓷作为电介质和弹性体所应遵从的规律,即为纯电学和力学式。然而压电陶瓷材料具有正、逆压电效应,所以其电学量�8、:∀和力学最�!、>∀之间是有联系的,这种联系称做压电关系式�推导略∀(有关的比例系数就是压电系数�?、≅∀,这是描述压电材料性能的压电参量。�+∀介质损耗Α介质损耗是包括压电陶瓷在内的任何电介质材料的重要品质指标之‘。用ΒΧΔ表示。�Ε∀机械品质系数动庄振的�压力一电,�,电振动位移,!申户一电的三类。‘运用上述不同的功能制成壑疽,,薪电电一粉电,‘多∀机械品质系数#∃表示在振动转换时材戚内部能量消耗程度。#二越大,能量的损耗越小。机械品质因数可根据机械量模拟电量的等效电路计算而得%#∃&∋(,。)∗+,式中%−,一振子谐振时的等效电容,.%一串联谐振频率,∗,一等效电阻。不同的压电器件对压电陶瓷材料的#∀了改有不同的要求。/01机电祸合系数机电藕合系数2是综合反映材料性能的参数,它表示压电材料的机电或电机能的祸合效应。定义为%23二机械能转变为电能∋输入机械能二电能转变为机械能∋输入电能。由于压电元件伪机械能与它的形状和振动方式有关,因此,不同形状和不同振动方式所对应的机电祸合系数也不同。它的计算公式可从压电方程导出/压电方程的推导略1。4一)567系陶瓷材料的特性∀压电陶瓷材料的基本功能有图4所示的图4压电陶瓷基本功能电器件,对压电陶瓷材料的特性要求不同。现在使用的压电陶瓷其基本成分几乎都是567系的,仅是通过改变各成分的配比,加入微量的添加物,来改变机电藕合系数/21和机械品质系数/#∃1等材料参数的大小,从而制造出适用于各种使用目的压电材料。表4是日本富士电气株式会社567材料的压电特性。由表4可知,材料的机械品质系数#二有大的/4...以上1和小的/4..以下1两类,介电常数。大的材料具有机电藕表4537材料的特性/日本富士电气株式会社1记号28∀4二蒸)%98一「:9),“畜)∋“。∀一一一刁万一’5一4.;5一44.。<4=...
