基于鋯鈦酸鉛(PZT)的壓電材料

　　PI Ceramic提供多種基于改性鋯鈦酸鉛(PZT)和鈦酸鋇的壓電陶瓷材料。“軟質(zhì)”和“硬質(zhì)”壓電陶瓷的命名是指偶極或磁疇的移動性，因此也指極化和去極化特性。促動器應(yīng)用中使用的是帶小極性反轉(zhuǎn)場強的鐵電軟質(zhì)壓電陶瓷。而鐵電硬質(zhì)PZT材料主要用于大功率聲學(xué)應(yīng)用中。此外，PI Ceramic還提供無鉛壓電陶瓷(目前專用作超聲換能器)和晶體促動器材料。就應(yīng)用特有屬性而言，促動器和換能器可采用特殊材料制造，盡管技術(shù)實施上必須另做檢查。材料屬性的分類依據(jù)EN 50324歐洲標(biāo)準(zhǔn)。

　　軟質(zhì)壓電材料

　　適用于壓電促動器和傳感器

　　即使在場強相對較小時，由于其典型的較高磁疇移動性， 鐵電軟質(zhì)壓電陶瓷材料也很容易被極化。軟質(zhì)PZT材料的優(yōu)點是壓電應(yīng)變常數(shù)大、介電系數(shù)居中且耦合因子高。

　　應(yīng)用

　　軟質(zhì)壓電陶瓷的重要應(yīng)用領(lǐng)域：促動器(用于微定位和納米級定位)、傳統(tǒng)振動探測器、超聲波發(fā)射器和接收器等傳感器(用于流量或標(biāo)高測量、目標(biāo)識別或監(jiān)測)以及聲音傳感器、麥克風(fēng)、樂器拾音器等電聲應(yīng)用。

　　材料特性及分類

　　硬質(zhì)壓電材料

　　超聲換能器的高性能材料

　　鐵電硬質(zhì)PZT材料可承受很高的電氣和機械應(yīng)力， 且在這些條件下，其特性幾乎保持不變。 此類材料的優(yōu)點是其介電常數(shù)居中、壓電耦合因子大、機械品質(zhì)高以及高機械負載和大工作場強下良好的穩(wěn)定性。介電損失小使其在共振模式中仍可持續(xù)使用，且元器件內(nèi)部產(chǎn)生的熱量很少。

　　應(yīng)用

　　大功率聲應(yīng)用尤其得益于硬質(zhì)壓電材料的特性。應(yīng)用領(lǐng)域包括超聲波清洗(一般在千赫頻率范圍內(nèi))、材料機加工(超聲波焊接、壓焊、鉆孔等)、超聲波處理器(如用于噴灑液體介質(zhì))、醫(yī)療領(lǐng)域(超聲波牙垢去除、手術(shù)器械等)和聲納技術(shù)。

　　材料特性及分類

　　無鉛壓電材料

　　無鉛壓電材料邁向工業(yè)應(yīng)用的第一步

　　隨著PIC700和PIC701材料開始在實驗室生產(chǎn)，PI Ceramic率先在市場上推出首批無鉛壓電陶瓷材料。兩種材料均基于鈦酸鈉鉍(BNT)，并表現(xiàn)出與鈦酸鋇材料非常相似的特性。這些材料適用于兆赫范圍內(nèi)的超聲波換能器以及聲納和水聽器應(yīng)用。

　　改性鈦酸鋇鉛

　　由于鈦酸鋇鉛的居里溫度高達150攝氏度，因此主要用于聲納技術(shù)和某些治療性超聲醫(yī)學(xué)應(yīng)用。作為最早可以工業(yè)化生產(chǎn)的壓電陶瓷之一，改性鈦酸鋇鉛目前僅主要用于維護舊產(chǎn)品。PI Ceramic可應(yīng)要求生產(chǎn)改性的鈦酸鋇鉛。

　　電容C的溫度曲線

　　縱向振蕩的諧振頻率fs的溫度曲線

　　橫向振蕩的耦合因子k31的溫度曲線

　　壓電應(yīng)變常數(shù)d31的溫度曲線

　　具體特點

　　以PZT陶瓷PIC255為例的熱特性

　　熱應(yīng)變在極化方向和垂直于極化的方向表現(xiàn)出不同的特性。非極化壓電陶瓷元件具有各向同性。膨脹系數(shù)在溫度系數(shù)約為2 × 10-6 /K時近似呈線性。極化的PZT壓電體中磁疇的擇優(yōu)取向?qū)е赂飨虍愋?，這是熱膨脹特性變化的原因所在。應(yīng)用中必須考慮連續(xù)溫度變化的影響， 曲線上較大的變化更容易在首個溫度循環(huán)中發(fā)生。對于不同的材料，其曲線可能與所示曲線有較大偏差。