5、無(wú)鉛鈣鈦礦結(jié)構(gòu)壓電陶瓷鉛有毒、減小環(huán)境污染、簡(jiǎn)化材料制作工藝無(wú)鉛鐵電陶瓷的開(kāi)發(fā)研究組分：以其它金屬的鈮酸鹽和鈦酸鹽為主的鈣鈦礦型化合物性能：壓電性一般不如鋯鈦酸鉛、介電常數(shù)和機(jī)械品質(zhì)因數(shù)小，頻率常數(shù)高、在高頻應(yīng)用方面顯示某些優(yōu)勢(shì)3、鋯鈦酸鉛壓電陶瓷4、鋯酸鉛—鈦酸鉛—ABO3三（多）元系壓電陶瓷2、鈦酸鋇壓電陶瓷第五節(jié)壓電陶瓷二、鈣鈦礦結(jié)構(gòu)壓電陶瓷KNbO3

和BaTiO3

的晶相變化十分相似：從高溫到低溫依次為:立方、四方、斜方、三方結(jié)構(gòu)（1）鈮酸鉀鈉系鈣鈦礦結(jié)構(gòu)壓電陶瓷KNbO3相變溫度比BaTiO3

高：

斜方（室溫）四方立方（失去鐵電性）鈮酸鈉（NaNbO3

）:

室溫下反鐵電性斜方相、施加電場(chǎng)可誘導(dǎo)出亞穩(wěn)定的鐵電相KNbO3和NaNbO3可形成完全固溶體、結(jié)構(gòu)仍為鈣鈦礦型機(jī)電耦合系數(shù)呈現(xiàn)平坦的峰值、壓電性能較好附近Na、K易揮發(fā)、采用熱壓或熱靜壓法燒結(jié)應(yīng)用：延遲線換能器（2）鈮酸鈉鋰系鈣鈦礦結(jié)構(gòu)壓電陶瓷鈮酸鋰（LiNbO3）：一種畸變的鈣鈦礦型化合物、室溫下為六方鐵電相鈮酸鋰與鈮酸鈉能形成多種固溶體：附近存在同質(zhì)異晶相界、性能異常、鐵電性達(dá)到峰值特點(diǎn)：厚度機(jī)電耦合系數(shù)較高、介電常數(shù)低、頻率常數(shù)大、遠(yuǎn)大于徑向機(jī)電耦合系數(shù)體密度小、機(jī)械品質(zhì)因數(shù)適中應(yīng)用：超聲控能器、工業(yè)探傷、測(cè)厚儀等?6、鈣鈦礦結(jié)構(gòu)陶瓷—有機(jī)復(fù)合壓電材料鋯鈦酸鉛及其三元固溶體：壓電性能優(yōu)良，但介電常數(shù)很高、對(duì)某些性能不利（如、壓電電壓常數(shù):

和熱釋電性能）陶瓷和聚合物形成的復(fù)合材料：介電常數(shù)：

低；聲阻抗：PVDF—

水和人體：聚合物：接近有機(jī)聚合物具有高的柔順彈性相互取長(zhǎng)補(bǔ)短、制作成本低聲阻抗：大、與水和人體不匹配5、無(wú)鉛鈣鈦礦結(jié)構(gòu)壓電陶瓷3、鋯鈦酸鉛壓電陶瓷4、鋯酸鉛—鈦酸鉛—ABO3三（多）元系壓電陶瓷2、鈦酸鋇壓電陶瓷第五節(jié)壓電陶瓷二、鈣鈦礦結(jié)構(gòu)壓電陶瓷6、鈣鈦礦結(jié)構(gòu)陶瓷—有機(jī)復(fù)合壓電材料三、鎢青銅型壓電陶瓷三、鎢青銅型壓電陶瓷氧八面體分為B1

和B2

兩種：所處位置的對(duì)稱(chēng)性不同BO6氧八面體三種空隙名稱(chēng)源于化合物：鎢青銅的結(jié)構(gòu)特征：氧八面體結(jié)構(gòu)B以Nb5+、W6+等離子為主氧八面體以八面體頂角相連構(gòu)成骨架、形成O—B—O鏈氧八面體骨架間形成三種不同的空隙：A1、A2

、C：

A2體積最大、A1居中、C最小氧化物鐵電材料中有一部分具有鎢青銅結(jié)構(gòu)：如：PbNb2O6,NaSr2Nb5O15鈮酸鹽系中正離子的填充位置：Nb5+:

氧八面體中心其它正離子：填充或部分填充A1、A2、C正離子在其中填充的數(shù)目取決于電中性的要求非填滿(mǎn)型鎢青銅結(jié)構(gòu)：A1和A2位未被填滿(mǎn)（C體積小、更不可能填滿(mǎn)）填滿(mǎn)型鎢青銅結(jié)構(gòu)：A1和A2位全部被正離子填滿(mǎn)，C體積小、可能部分填滿(mǎn)Ba4Na2Nb10O30A1、A2

處：較大正離子；C處：較小正離子完全填滿(mǎn)型鎢青銅結(jié)構(gòu):K6Li4Nb10O30鎢青銅型鐵電體的成分和結(jié)構(gòu)對(duì)其性能有很大的影響1、偏鈮酸鉛（PbNb2O6）壓電陶瓷PbO

和Nb2O5形成的多種化合物的一種：第一個(gè)被發(fā)現(xiàn)的非鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的氧化物鐵電體熔點(diǎn)：RT時(shí)：斜方鐵電相居里溫度：高，四方順電相特性：在較高溫度下不發(fā)生嚴(yán)重的退極化，d33/d31比值大,靜水壓壓電性能比其它壓電陶瓷高得多；異常低的機(jī)械品質(zhì)因數(shù)（諧振時(shí)機(jī)械能損耗大）、有特殊的應(yīng)用A1、A2和C位全部都被正離子填滿(mǎn)應(yīng)用：超聲缺陷檢測(cè)、人體超聲診斷及水聽(tīng)器等2、偏鈮酸鉛鋇壓電陶瓷偏鈮酸鉛(PbNb2O6)和偏鈮酸鋇(BaNb2O6)的固溶體鐵電性：固溶體的性能在相界附近達(dá)到最佳有同質(zhì)異晶相界：204060800.10.20.3200600100040050015001000相對(duì)介電系數(shù)機(jī)電耦合系數(shù)居里溫度相界的富PbNb2O6

一側(cè)：斜方鐵電相富BaNb2O6一側(cè)：四方鐵電相相界區(qū)域較寬（10%左右）、相界區(qū)的峰值（性能）較平坦應(yīng)用：濾波器、機(jī)電換能器、點(diǎn)火裝置、超聲檢測(cè)、紅外探測(cè)等3、鈮酸鉛鋇鈉鋰系壓電陶瓷添滿(mǎn)型鎢青銅結(jié)構(gòu)的化合物應(yīng)用：大功率發(fā)射換能器等有同質(zhì)異晶相界：材料性能出現(xiàn)異常、性能參數(shù)達(dá)到峰值相界處的居里溫度：較高、屬于高溫性能良好的鐵電體固溶體四、壓電陶瓷的應(yīng)用性能獨(dú)特、應(yīng)用廣泛按工作頻率可分兩大類(lèi)：①低頻或靜態(tài)條件下直接利用正、逆壓電效應(yīng)實(shí)現(xiàn)機(jī)械能和電能之間的相互轉(zhuǎn)換相關(guān)聯(lián)的主要材料參數(shù)：壓電系數(shù)正壓電效應(yīng)產(chǎn)生的電荷量或逆壓電效應(yīng)產(chǎn)生的機(jī)械形變量都很小、低頻下能實(shí)現(xiàn)的能量轉(zhuǎn)換的絕對(duì)值不大②在高頻或共振狀態(tài)下過(guò)程相關(guān)的主要材料參數(shù)：機(jī)電耦合系數(shù)大大提高了壓電陶瓷所轉(zhuǎn)換的能量、成為擴(kuò)展其應(yīng)用的重要手段按能量轉(zhuǎn)換方式的壓電陶瓷的分類(lèi)P128,Table5.8具體應(yīng)用1、在水聲技術(shù)中的應(yīng)用壓電陶瓷水聲換能器利用正、逆壓電效應(yīng)接收聲波、發(fā)射聲波實(shí)現(xiàn)水下觀察、通訊和探測(cè)①背景電磁波在水中傳播時(shí)衰減很大、使用雷達(dá)和無(wú)線電信號(hào)不能有效地實(shí)現(xiàn)水下觀察、通訊和探測(cè)借助聲波在水中的傳播是最基本、最有效的手段②應(yīng)用海洋地質(zhì)勘探、編制海圖、航道疏通及港務(wù)工程、海底電纜及管道鋪設(shè)工程、導(dǎo)航、海事救撈、指導(dǎo)海業(yè)生產(chǎn)及海底和水中目標(biāo)物的探測(cè)與識(shí)別③壓電陶瓷用于水聲技術(shù)的三方面功能發(fā)射、接收及發(fā)射和接收兼具發(fā)射換能器壓電陶瓷：一般采用硬性壓電陶瓷應(yīng)有高驅(qū)動(dòng)特性、大功率、低損耗、承受功率密度大、各項(xiàng)參數(shù)穩(wěn)定性好電能機(jī)械能（逆壓電效應(yīng)）接收換能器用壓電陶瓷機(jī)械能電能（正壓電效應(yīng)）一般采用軟性壓電陶瓷應(yīng)具有高靈敏度和平坦的頻率響應(yīng)（高機(jī)電耦合系數(shù)）、大的介電常數(shù)、及低的老化特性兼有發(fā)射和接收的換能器壓電陶瓷材料兼顧上述兩種性能、較多的采用添加Cr、Ni等變價(jià)離子置換的二元和三元系壓電陶瓷正、逆壓電效應(yīng)2、在超聲技術(shù)中的應(yīng)用聲波（可聽(tīng)到）：超聲：f＞20KHz聲波的分類(lèi)次聲波：f＜20Hz；超聲波的特點(diǎn)：方向性好（定向發(fā)射）、穿透性強(qiáng)、衰減小、強(qiáng)度大按功能分類(lèi)：發(fā)射型、接收型、及發(fā)射和接收兩用型材料性能要求：硬性材料、高機(jī)械強(qiáng)度、高矯頑電場(chǎng)、(1)發(fā)射型（逆壓電）在頻率為其諧振頻率的高驅(qū)動(dòng)電場(chǎng)作用下、產(chǎn)生高強(qiáng)度的超聲波應(yīng)用：超聲洗滌、乳化、焊接（超聲產(chǎn)生大阻尼、發(fā)熱、升溫）、壓電常數(shù)d33打孔、粉碎（超聲碎石）、分散攪拌等機(jī)電換能器大機(jī)電耦合系數(shù)、良好的時(shí)間和溫度穩(wěn)定性(2)接收型如心音計(jì)、血壓計(jì)等要求材料具有高靈敏度（軟性材料）(3)發(fā)、收兩用型（正、逆壓電效應(yīng)）壓電陶瓷超聲換能器的優(yōu)點(diǎn)：壓電換能器兼具發(fā)射和接收超聲波的兩種功能應(yīng)用：車(chē)輛計(jì)數(shù)器、超聲波測(cè)距、液面計(jì)、超聲防盜、醫(yī)療超聲診斷（B超）等結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、小型輕便、使用方便、靈敏度高、選擇性好、耐振動(dòng)沖擊、穩(wěn)定性好3、高電壓發(fā)生裝置上的應(yīng)用兩個(gè)方面①高電壓發(fā)生器利用正壓電效應(yīng)、將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能、產(chǎn)生較高的電壓壓電陶瓷的最早應(yīng)用之一如：壓電點(diǎn)火器、引燃引爆、壓電開(kāi)關(guān)和小型電源材料性能要求：大的壓電電壓系數(shù)較大的機(jī)電耦合系數(shù)；較高的機(jī)械強(qiáng)度和穩(wěn)定性;較大的介電常數(shù)（儲(chǔ)存的電能密度：）

②壓電變壓器構(gòu)成：壓電變壓器由驅(qū)動(dòng)部分：施加交變電場(chǎng)以產(chǎn)生振動(dòng)和發(fā)電部分：機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能組成~13諧振頻率驅(qū)動(dòng)部分：施加一定頻率（一般為壓電陶瓷的諧振頻率）的交變電場(chǎng)、逆壓電效應(yīng)產(chǎn)生1方向的諧振；原理：13發(fā)電部分：驅(qū)動(dòng)部分的諧振引發(fā)發(fā)電部分沿3方向諧振、發(fā)電部分端面產(chǎn)生大量的電荷、電極上獲得高電壓輸出壓電變壓器升壓比:材料性能要求：高機(jī)電耦合系數(shù)K（橫向和縱向）、材料的熱穩(wěn)定性好、Qm要適當(dāng)，頻率的溫度和時(shí)間穩(wěn)定性好應(yīng)用：小功率儀表上產(chǎn)生高電壓、小電流I:

幾mA;

V：幾十—幾百;Wmax:—100W~13諧振頻率13優(yōu)點(diǎn)：升壓比高、制造方便、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安全、便宜、不怕潮濕、短路等4、在電聲設(shè)備上的應(yīng)用

材料性能要求：具有高靈敏度、平坦的頻率響應(yīng)（軟性材料）原理：

壓電陶瓷的正、逆壓電效應(yīng)，聲能轉(zhuǎn)換成電能或電能轉(zhuǎn)換成聲能應(yīng)用：播音器（聲→電），揚(yáng)聲器（電→聲），送、受話器，蜂鳴器等5、濾波器上的應(yīng)用濾波器的功能：決定或限制電路的工作頻率壓電陶瓷的濾波原理：電能→彈性機(jī)械能→電能材料性能要求：諧振頻率的時(shí)間和溫度穩(wěn)定性好、Qm

要大，諧振頻率附近的電場(chǎng)分量、振子的阻抗最小、信號(hào)衰減小、輸出電流大；其它頻率的電場(chǎng)分量、振子的阻抗大、信號(hào)衰減大、輸出電流小壓電陶瓷振子的阻抗是電場(chǎng)的頻率函數(shù)：實(shí)現(xiàn)濾波壓電陶瓷濾波器的