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压电陶瓷报告 1 . 基本概念 压电陶瓷由一颗颗小晶粒无规则“镶嵌”而成，如图1 所示。 图1 BSPT 压电陶瓷样品断面SEM照片 每个小晶粒内还具有铁电畴组织，如图所示。 图 PZT 陶瓷中电畴结构的电子显微镜照片 1 .1 晶胞结构 目前应用最广泛的压电陶瓷是钙钛矿（CaTiO3 ）型结构，如PbTiO3 、BaTiO3 、KxNa1-xNbO3、Pb(ZrxTi1-x)O3 等。该类材料的化学通式为 ABO3 。式中A 的电价数为 1 或 2，B 的电价为 4 或 5 价。其晶胞（晶格中的结构单元）结构如图所示。 压电陶瓷的晶胞结构随温度的变化是有所变化的。如下式及图6 所示。 PbTiO3（PT）：四方相 立方相 BaTiO3（BT）：三角相 正交相 四方相 立方相 自发极化的产生 以BT 材料由立方到四方相转变为例，分析自发极化的产生，如图7 所示。 （a）立方相 （b）四方相 由图可知，立方相时，正负电荷中心重合，不出现电极化；四方相时，因490℃ 120℃ 5℃ -90℃ Ti4+沿c 轴上移，O2-沿c 轴下移，正负电荷中心不重合，出现了平行于c轴的电极化。 这种电极化不是外加电场产生的，而是晶体内因产生的，所以成为自发极化，其相变温度TC 称为居里温度。 1 .2 压电效应 某些介质在力的作用下，产生形变，引起介质表面带电，这是正压电效应。反之，施加激励电场，介质将产生机械变形，称逆压电效应。其中，如果压力是一种高频震动，产生的就是高频电流。如果将高频电信号加在压电陶瓷上时，则产生高频声信号（机械震动）。 1 .3 压电陶瓷 具有这种性能的陶瓷称为压电陶瓷，发生正压电效应时，表面电荷的密度与所受的机械应力成正比。当发生负压电效应时，形变的大小与电场强度成正比。 1 .4 压电作用机理 压电效应首先是在水晶晶体上发现的，现在我们以水晶晶体为模型，说明产生压电效应的物理机理。 当不施以压力时，水晶晶体正、负电荷中心如上图分布，设这时正、负电荷中心重合，整个晶体的总电矩等于零，晶体表面不荷电（不呈压电性）。 当沿x 方向施加压力 时,晶体发生形变，正、负电荷中心分离，即电偶极发生变化，从而在X 面上出现电荷积累，如图所示。 当沿Y 轴方向施加压力 时，晶体形变正、负电荷中心的分布如图此示，这时总的电偶极距发生变化并在X 面上引起与前面相反符号的电荷积累。 显然，用伸拉力代替前面的压缩力，则表明电荷的符号反过来。总之，对具有压电性的晶体施加压力时，可能引起压电效应。 1 .5 极...