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分享压电材料分类及介绍

日期:2023-05-22浏览:345次

分享压电材料分类及介绍

      压电单晶体除天然石英之外,还有人工研制的许多种类,如磷酸二氢氨(ADP),磷酸二氢钾(KDP)等,但由于它们的性能存在某种缺陷,随着人造石英的大量生产和压电陶瓷性能的提高,这些晶体大多已基本不用。

      压电薄膜如氧化锌和氮化铝等是当今微波器件的关键材料。

 但应用重要和用量大的压电材料仍然是石英和各类多晶压电陶瓷。与其它压电体相比,压电陶瓷具有一系列优点,如易于制造,可成批量生产,成本低,不受尺寸和形状的限制,可在任一方向极化,可通过调节组分改变材料的性能,而且耐热、耐湿和化学稳定性好等。

压电材料的种类多,简单概括起来,可按如下进行分类:

 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(施加强直流电场)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。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(石英晶体)、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,机械因子高,多用来作标准频率控制的振子、高选择性(多属高频狭带通)的滤波器以及高频、高温超声换能器等。近来由于铌镁酸铅Pb(Mg1/3Nb2/3)O3 单晶体( Kp ≥ 90%, d33 ≥ 900 ×-3C/N,10ε≥ 20,000)特异,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。

 二类是有机压电材料, 又称压电聚合物, 如偏聚氟乙烯 (PVDF)(薄膜) 及其它为代表的其他有机压电(薄膜) 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(d)偏低,使之作为有源发射换能器受到很大的限制。

 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。






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