压电陶瓷范文

压电陶瓷范文第1篇

关键词：压电报警器；PZT压电陶瓷；介电性能；掺杂；微观结构

1 引言

压电报警器是应用压电陶瓷作为核心原件制作而成的报警器，广泛应用于汽车，微波炉，洗衣机等领域。主要由多谐振荡器、压电蜂鸣片、阻抗匹配器及共鸣箱、外壳等组成。压电陶瓷贴片相间制成蜂鸣片，在通常状态下有电退化现象发生，而在高温高湿的恶劣环境下工作，压电陶瓷电退化大大加剧，降低了使用寿命，使得发声分贝数不足，起不到报警的作用。

掺杂包括软性添加物，硬性添加物和其他添加物[1]。所谓软性添加物，就是指添加后材料的性质变软，陶瓷的ε，tgδ，和kp值增大，而Qm值变小，电滞回归线近于矩形[2]。其老化性能比较好。软性添加物主要包括La3+，Nb5+，Bi3+，Sb5+，W6+，Ta5+和其他的稀土元素。与软性添加物相反，硬性添加物就是添加后使材料的性质变硬，陶瓷的ε，tgδ，和kp值减小，但是Qm值增大，娇顽场提高，极化和去极化作用困难[3]。主要包括K+，Na+，Mg2+，Sc3+，Fe3+，Al3+等。可以看出，软性添加物的价态通常都比硬性添加物的价态要高[4]。其他添加物既不能归化到硬性也不能归化到软性，他们即具有硬性也具有软性添加物的特点。本文研究了MnO2和CeO2对PZT压电陶瓷的结构、介电性能、压电性能和介电损耗的影响。

2 实验部分

2.1 实验药品及仪器

氧化铅，分析纯，上海展云化工有限公司； 氧化锆，分析纯，广州长裕化工科技有限公司；氧化钛，分析纯，上海亮江钛白化工制品有限公司；碳酸锶，分析纯，国药集团化学试剂有限公司；氧化锑，分析纯，上海市四赫维化工有限公司；二氧化锰，分析纯，天津市北联精细化学品开发有限公司；氧化铈，分析纯，淄博伟杰稀土有限公司。

准静态d33测量仪 IJ-3AJ型，江苏联能电子有限公司；箱式电阻炉，SXZ-2.5-10型，郑州宏朗仪器设备有限公司；电容测试仪，TH2618B型，广州市卓粤电子仪器有限公司；电平振荡器， UX21型，上海双旭电子有限公司。

2.2 实验方法

（1） 制备与检测

我们采用的基础配方为PbxSr1-x（Zr53Ti47）O3+a%Sb+b%Nb。首先，用基础配方制作压电陶瓷片，并测出它的各项性能。基础配方的基本组成如下：氧化铅、氧化锆、氧化锑、碳酸锶、氧化钛、氧化铌。实验过程如下：（1）称量，严格按照计算好的配比称量100 g，作为实验之用。按照先称大剂量（如氧化铅、氧化锆等）粉末，后称量小剂量（如氧化锑等）粉末的顺序。（2）将称量好的粉末放入球式振磨机里面，振磨4 h。让各组分之间相互混合均匀。（3）振磨后放于坩埚中密闭预烧，经过8 h达到1120℃，保温50 min。（4）烧结冷却后，再置于球式振磨机内振磨，振磨时间为6 h。让烧结成块的样品达到要求的粒度。振磨后可以看到粉末为灰色。（5）振磨好后，我们把粉末放在瓷盘内，并加入5～8 g的石蜡，通过加热，使石蜡熔化，把粉末和熔化的石蜡充分的搅拌。（6）搅拌好后，再通过40目筛，其目的是得到符合要求粒度的粉料。（7）压制成片。在压制的过程中要注意前两次压制的陶瓷片应丢弃，以避免上一次不同配方带来的污染。（8）把压制好的陶瓷片放在烧结炉内烧结。从34℃室温加热到700℃，需要500 min，这个过程称之为排胶，再经过4 h，加热到1300℃，经保温2 h就得到了烧结好的陶瓷片。（9）被银。把银粉和松节油混合后，用刷子刷在陶瓷片的上下表面，但是不要刷到侧面，以免以后极化时短路。（10）烧银。把被好银的坯片放在烧银炉内，直接加热到800℃，自然冷却。（11）极化。极化温度为100℃，时间30 min，极化介质为硅油或极化油。

制作完成的压电陶瓷片，首先测量其容量和介电损耗。在测量时采用TH2618B型电容测试仪，使用UX21型电平振荡器测量正谐f1和反谐f2，通过公式：

计算出m值，再通过查表查出对应的kp值，采用准静态d33测试仪测量陶瓷片的压电常数d33值。

（2） 添加锰的实验

在基础配方上添加Mn。按照前面所叙述的步骤，制作出陶瓷片，添加锰是从0.1%，0.15%到0.35%，共六组，在实验过程中，发现添加锰之后，烧结温度有一定的变化。若按照基础配方的烧结温度来烧结，得不到理想的陶瓷片和实验结果，这是因为，锰为典型的硬性添加物，加入之后会影响其烧结温度。在做添加0.1%和0.15%的锰的实验时，曾使用未添加锰的工艺来烧结添加后的试样，结果发现，烧结温度过高，试样被烧坏。

（3） 添加铈的实验

同样，在基础配方的基础上添加0.1%，0.15%到0.35%，共六组的实验。与上一节相似，添加铈之后，陶瓷片的制作工艺不变，但是烧结温度同样会发生改变，只是改变的程度不同。

3 实验结果与讨论

3.1 掺杂后压电陶瓷的各项性能

以下是基础配方实验测出的结果：tgδ=0.0237；kp=0.574333；d33=554；ε=2706。采用未添加锰的工艺来做添加0.1%和0.15%的试样的实验数据要比未添加时的各项性能都要低（在此不再列出），由此，我们得出添加锰之后会严重改变陶瓷的烧结温度。下表1是掺杂锰经适宜温度烧结之后测得的各项性能，掺杂铈之后的性能见表2。

3.2 掺杂量对压电陶瓷的影响

3.2.1对介电损耗的影响

从图1可以看出，掺杂锰之后，压电陶瓷的介电损耗明显比无掺杂时的介电损耗要低的多，而在0.2%的掺杂量时，其介电损耗达到最低值，这与电畴的转向有关。这可能是由于锰是硬性添加物，掺杂之后，样品表现出受主掺杂的特性。介电损耗在掺杂量0.2%之前先增大后减小，在掺杂量0.2%之后又呈现增大的趋势。而在0.2%的掺杂量时，介电损耗tgδ取得最小值。而掺杂铈之后，介电损耗在掺杂量0.25%之前也是呈现先增大后减小的规律，在之后却又是增大后减小，掺杂量为0.1%时，介电损耗取得最小值。

3.2.2 对机电耦合系数的影响

从图2可以看出，掺杂锰后机电耦合系数kp值呈现先增大后减小的趋势。掺杂锰的量为0.15%时，机电耦合系数取得最大值。掺杂铈之后，机电耦合系数呈现出的规律比较复杂，从图中可以明显知道，在掺杂铈后，机电耦合系数在0.15%的掺杂量之下取得最大值。在掺杂量0.25%之前，机电耦合系数是呈现先增大后减小，而在0.25%之后又呈现出先增大后减小的现象，在含量为0.25%时，机电耦合系数最低。

3.2.3 对压电常数d33的影响

从图3可以看出，掺杂锰后，陶瓷的压电常数呈现出先增大后减小的趋势，掺杂量为0.15%时取得最大值。掺杂铈后，压电陶瓷的压电常数d33也是呈现出先增大后减小的总趋势，这可能是由于添加锰和铈之后，使陶瓷的晶粒和晶界发生变化。晶粒尺寸大时，晶界就相对减小，使逆压电效应带来的几何形变和应力的缓冲较小，这就导致压电常数的增大。在含量为0.25%时，压电常数达到最低值。

3.2.4 掺杂量对介电常数ε的影响

从图4可是看出，掺杂锰后压电陶瓷的介电常数ε呈现出先增大后减小的趋势，但是在掺杂量0.25%后，反而又有增大的现象。掺杂铈后，陶瓷的介电常数ε呈现出先增大后减小，然后又有增大的趋势，这与掺杂锰的试样的规律大致一致。这是因为掺杂后，使电畴运动更容易，从而介电常数变大。这与掺杂锰和铈之后使压电陶瓷的组成在准同型相界（MPB）[5]附近的组成相近。同时，也有可能是因为掺杂铈属于不等价掺杂。通常认为，介电常数是晶粒和晶界的共同作用的结果，晶粒尺寸较小，晶界所占的比例就大，介电常数就小。这与所照SEM图分析结果一致。

3.3 X射线衍射图谱及分析

图5为不同锰掺杂量陶瓷的XRD图谱，所有衍射峰均对应钙钛矿结构的标准谱。图中衍射最强的是四方峰[6]，材料主要由四方相组成。在2θ=22°，32°，38°，50°和55°附近衍射峰发生明显的分裂，表明三方相和四方相共存。其中谱线1为无掺杂的陶瓷的XRD线，可以看出基础配方的锆钛比在50：50与52：48之间。谱线2为掺杂0.15%的XRD线，其锆钛比更接近于52：48，此时材料处于准同型相界[7，8]。其性能也更好，见表1。然而，随着锰含量的增加，锆钛比越来越偏离52：48，各项性能也随之降低。

图6为不同铈含量的掺杂陶瓷的X射线图谱。从图中可以看出，在2θ=45°时，衍射峰有明显的偏移，这表明这时材料从三方相和四方相发生转变。当掺杂量逐渐增加，锆钛比越来越接近准同型相界的比值，但是，掺杂的铈含量上升到0.25%时，却会越来越偏离这个比值。会有第二项杂质焦绿石生成，导致各项性能明显下降。如表2所示。

3.4 扫描电子显微镜图像及分析

图7为不同锰含量的断面SEM图，从图中可以看出，锰有促进陶瓷晶粒长大的作用。随着锰含量的增加，晶粒越来越致密。当锰含量超过0.2%时锰的作用不再明显。当锰含量为0.15%时，晶粒生长很好，瓷体的致密度最高，气孔小，气孔率低，这是因为适量的锰固溶到晶格内部，降低晶粒界面能和晶粒生长的推动力，促进晶粒的生长。但是超过了0.2%，陶瓷无明显的晶界，气孔率高。这是因为过量的锰将会集聚在晶界的位置，严重影响陶瓷的性能。可以得出，与基础配方相比，掺杂0.15%的锰，晶粒生长很好，瓷体的致密度最高，气孔小，气孔率低，陶瓷各项性能较高。

图8为不同铈含量断面的SEM图，可以看出，铈有很强的抑制晶粒生长的作用。随着铈含量的增加，晶粒越来越细小，气孔率越来越低，陶瓷致密度越来越高，但是当铈含量超过固溶量，铈不再对晶粒的生长起作用。可以看出，当铈含量为0.15%时，陶瓷的致密度最高，气孔率最低，晶粒相对较大，因此陶瓷的电学性能比较好。在铈的含量高于固溶量时，陶瓷晶界不再明显，较为模糊。

4 结语

1）由于锰是硬性掺杂，掺杂锰之后导致压电陶瓷的烧结温度降低，降低的程度随着掺杂量的增大而增大；

2）掺杂锰后，压电陶瓷的各项性能呈现先增大后降低的趋势。介电常数比未掺杂时低，但是压电常数和机电耦合系数比未掺杂时的压电陶瓷高，介电损耗较小。当锰的掺杂量为0.15%时，压电陶瓷的电性能最好：tgδ=0.0095；kp=0.634pC/N；d33=611；ε=2523；

3）铈掺杂升高压电陶瓷的烧结温度。在固溶限度的范围内，其掺杂使晶粒减小，促进四方向转变到三方相，使晶体四方度降低；

4）铈的添加总体上可以大幅度提高压电陶瓷的介电常数，但是随着掺杂量的增加也呈现出先增加后减小的规律，同时，压电常数呈现的规律与介电常数的相似，添加铈之后，压电陶瓷的介电损耗整体减小。当铈的掺杂量为0.15%时，压电陶瓷的各项性能达到一个完美的最佳值：tgδ=0.017，kp=0.623，d33=563pC/N，ε=3310；

5）压电陶瓷的配方得到了优化，相对于原配方，压电常数、介电常数和机电耦合系数都有所提升，同时介电损耗降低，压电陶瓷的配方得到了改善，达到了本次实验的目的。

参考文献

[1] 陆翠敏，孙清池，孙琳，等.铈掺杂对PSN-PZN-PMS-PZT压电陶

瓷性能的影响[J].硅酸盐学报， 2005， 33（1）：33～35.

[2] 凌志远，邱文辉，王科. Sb2O3掺杂对PZT压电陶瓷微观结构与

性能的影响[J]. 电子元件与材料， 2005， 24 （8）：31～34.

[3] 孙清池，王立锋，聂强.铬掺杂的PSN-PZN-PZT四元系压电陶

瓷材料的研究[J].材料科学与工艺，2007，15（l）：107～110.

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对畴结构和压电性能的影响[J].无机材料学报，2005， 20（3）：

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[5] 杜红亮，杜红娜，周万城，等.锰掺杂对压电陶瓷结构和性能的影

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[6] 李红元，孙清池.Nb掺杂PLZT压电陶瓷性能研究[J].稀有金属

材料与工程， 2008 ， （37）：273～276.

[7] 路朋献，马秋花，邹文俊，等.Nb2O5掺杂对PZN-PZT压电陶瓷

微观结构和电性能的影响[J].稀有金属，2007，31（2）： 248～252.

[8] 周飞，龙纪文，孟中岩.铌掺杂PMS-PZ-PT三元系压电陶瓷温度

稳定性研究[J].无机材料，2004 ，19（3）：586～592.

Preparation of Alarm Equipment PZT Piezoelectric Ceramics

YANG Gao-feng

（Yulin Energy Group， Yulin 718100）

Abstract： In this paper，we maked of PZT binary system by solid phase method.Studied doped with different content of 0.1%， 0.15%， 0.2%， 0.25%， 0.3% and 0.35% MnO2 and CeO2 on the structure of the PZT piezoelectric ceramic， dielectric properties， piezoelectric properties and dielectric loss.When the manganese doping amount was 0.15%， Piezoelectric Ceramics got the best optimization：tgδ=0.0095； kp=0.634pC/N， d33=611， ε=2523. Cerium doping rise the sintering temperature.When the Cerium doping amount was 0.15%， Piezoelectric Ceramics got the best optimization： tgδ=0.017， kp=0.623， d33=563pC/N， ε=3310. Summing up the appeal on the basis of the original formula of the material， the piezoelectric constant and electromechanical coupling coefficient has increased. Piezo alarm sound pressure increase， volume decrease of great significance.

压电陶瓷范文第2篇

【关键词】压电陶瓷片；速度测量；单片机

位移或者速度的检测常常采用传感器技术，把不便于定量检测和处理的位移、速度等物理量转换为易于定量检测、便于信息传输与处理的电学量[1]。本文是应用压电陶瓷片设计了一个速度测量装置，并通过单片机编写程序，实现速度测量。

1.压电效应及压电陶瓷片

具有压电效应电介质在沿一定方向上受到外力的作用变形时，内部会产生极化现象，同时在它的两个相对表面上产生极性相反的电荷；当外力去掉后，电介质表面又恢复到不带电的状态，这种现象称为正压电效应。当作用力方向改变时，产生的极化电荷的极性也随之改变。相反，当在电介质极化方向上施加电场时，这些电介质会产生机械形变；当去掉外加电场后，电介质的变形随之消失，这种现象称为逆压电效应[2]。

在自然界中大多数晶体具有压电效应，其中压电效应明显且稳定的压电材料有石英晶体、钛酸钡和锆钛酸钡等。压电陶瓷是人工制造的多晶体压电材料，其压电系数比石英晶体的大得多，所以采用压电陶瓷制作的压电式传感器的灵敏度较高[3]。

利用压电材料受力后产生的压电效应可以制成压电传感器。压电传感器一般由将外界力传递到压电陶瓷片的力学系统、压电陶瓷片和将电荷传递到仪表的测量电路三部分构成[4]。从信号变换角度来看，压电陶瓷片相当于一个电荷发生器，也是传感器的关键部件。

2.速度测量的装置构成

本装置共有四部分构成，如图1所示。利用压电陶瓷片采集电信号，采集到信号之后信号指示模块的灯光会闪烁提示，传递给单片机Arduino模块完成信号处理，再由STC89C52模块进行数据处理，最后通过LCD显示屏将结果输出。

图1 结构图与实物图

3.测速原理以及测速程序

在地面缓冲装置中安装压电陶瓷片，运动物体经过缓冲装置时，物体作用于地面的压力传到压电陶瓷片的表面。压电片因受力而产生相应强度的电流。若在距离S内安放两个地面缓冲装置，通过计时装置测出产生两次电流的间隔时间t。由距离S和测定的时间t，则速度v=S/t由STC89C52处理模块可以计算出。

压电陶瓷片产生的电信号通过单片机Arduino模块编写程序来实现信号采集，然后经由STC89C52模块处理计算，最后的具体数据通过LED显示屏显示出来。

3.1 基于Arduino的信号采集处理程序

void setup（）

{

Serial.begin（9600）； //

pinMode（3，OUTPUT）；

pinMode（4，OUTPUT）；

pinMode（5，OUTPUT）；

pinMode（6，OUTPUT）；

}

void loop（）

{

int val，val1；

val=analogRead（0）；//Connect the sensor to analog pin 0

delay（10）；

val1=analogRead（5）；//Connect the sensor to analog pin 1

Serial.println（val，DEC）；//

delay（100）；

if（val>1000）

{

3.2 基于STC89C52的数据处理程序

if（signal_1==0） //收到信号开始计时

{

while（signal_1==0）；

time_s=0；

a=0；

TR0=1；

ET0=1；

}

if（signal_2==0）//收到停止信号

{

while（signal_2==0）；

TR0=0；

ET0=0；

write_com（0x80+0x40）；

for（num=0；num

{

write_data（table1[num]）；

delay（5）；

}

3.3 部分最终STC89C52处理程序（速度取两位小数）

void display3（）

{

if（signal_1==0）

{

delay1ms（20）；

if（signal_1==0）

{

while（signal_1==0）；//按键松手检测程序，等待按键释放

haomiao=0；sec1=0；sec2=0；sec3=0； delay1ms（1）；

TR0=1；

}

}

if（signal_2==0）

{

delay1ms（20）；

if（signal_2==0）

{

while（signal_2==0）；

TR0=0；

}

}

}

4.实验以及数据测量

在程序中设置地面信号采集间距为1m，多次读取启动信号和结束信号触发后显示的时间和速度，计算其通过距离是否为1m，从反面证明装置的可行性。数据如下表。

标准S=1（单位：m） 装置显示时间t

（单位：s） 装置显示速度v

（单位：km/h）

第1组 1.0000000 0.9 4.00

第2组 0.9991667 1.1 3.27

第3组 0.9966667 1.3 2.76

第4组 0.9950000 1.8 1.99

第5组 0.9916667 3.4 1.05

第6组 0.9966667 3.9 0.92

5.结语

压电陶瓷片易获得，成本廉，在现实生活中应用广泛。本测速装置可以安装在公路上用来检测车辆的速度，可以安装在跑道上获取田径运动员的运动过程信息，以便于制定更加合理的训练计划；还可以与运动鞋结合，用于记步。本实验装置虽然具有可行性，但是要提高实验结果的精确度，实验装置的器件还需进一步的改进。

参考文献：

[1]昌学年，姚毅等.位移传感器的发展及研究[J]，计量与测试技术， 2009（ 9）：42-44.

[2]董佳丽，相文峰等.薄膜压电系数测量方法的研究进展[J]，微纳电子技术，2014（1）：59-64.

[3]马惠铖.压电效应以及压电材料的研究[J]，科技资讯，2010 .（30）：119.

[4]王海鸿，牛晶等.利用压电传感器设计的高跟鞋压力检测装置[J]，科技向导，2011（20）：22.

资助基金项目：

上海工程技术大学大学生创新项目（cx1421005）

通讯作者：

压电陶瓷范文第3篇

关键词 压电复合材料，铁电性能，介电性能，压电性能

1 前 言

聚合物基压电复合材料是由压电陶瓷和聚合物复合而成的一种新型功能材料[1～4]，具有较强的压电性和良好的韧性，由此引起了人们的极大兴趣[5]。通常两相复合的压电复合材料有10种连通方式，其中0-3型是最为常用的方式[6～9]。0-3 连通型压电复合材料是在三维自身联结的聚合物基体中填充压电陶瓷粉体而制成的压电复合材料。由于其声阻抗与水和人体组织非常接近，所以常用于水声探测和医疗行业，同时它也是智能机器人中传感器的理想材料，而且这种压电复合材料的制备尺寸不受陶瓷的制约[10]。由于0-3型压电复合材料兼具多种优点，所以得到了广泛的关注和研究[11]。本文采用固相烧结法合成了PZN-PZT压电陶瓷，并与PVDF混合，制备出陶瓷含量分别为60%、65%、70%、75%、80%、85%、90%的压电复合材料，研究了陶瓷含量对复合材料铁电性、介电性和压电性的影响。

2 实验过程

2.1 陶瓷粉体的制备

按照配方Pb(Zn1/3Nb2/3)0.3(Zr0.52Ti0.48)0.7O3精确称取Pb3O4、ZnO、ZrO2、Nb2O5、TiO2，在ND6-2L球磨机中以水为溶剂，湿法球磨8h。将球磨好的料浆干燥后放入马弗炉中，在850℃下预烧2h。然后把预烧好的粉料在压片机上压制成?准20×（1～2mm）的薄片，将其放入高温炉中在1250℃下烧结，保温4h，最后将烧结好的陶瓷片粉碎，过200目筛后得到压电陶瓷粉体。

2.2 压电复合材料的制备

配制陶瓷质量分数分别为60%、65%、70%、75%、80%、85%、90%的七组粉料，混合均匀后，压制成?准20×（1～2mm）的薄片，在平板硫化机上于180℃温度下热处理10min，抛光后得到PZN-PZT/PVDF复合材料。将样品进行镀电极处理，干燥后放入已加热的硅油中进行极化。在极化电压为50kV・cm-1、温度为110℃下极化20min，取出样品，静置一天后进行性能测试。

2.3 性能测试

用D/Max-3B粉晶衍射仪分析PZN-PZT陶瓷粉体的晶相，用扫描电子显微镜观察PZN-PZT/PVDF压电复合材料的微观形貌，用ZT-I铁电材料参数测试仪测量复合材料的电滞回线，利用TH2819精密LCR数字电桥测量复合材料的介电常数ε和介电损耗tanδ，采用ZJ-3A 型准静态d33测量仪测量复合材料的压电常数d33。

3 结果分析与讨论

3.1 压电陶瓷粉体的XRD分析

图1为陶瓷粉体的XRD图谱。从图中可以看出，PZN-PZT烧结粉体已形成钙钛矿主晶相,衍射峰强度大且尖锐,仅在2θ为36.8°附近存在一个很弱的异相[12],表明经过1250℃高温烧结4h后得到了以四方钙钛矿结构为主晶相的纯度较高的PZN-PZT陶瓷粉体。少量异相的出现主要是由于各种氧化物原材料的化学活性不同，对它们进行直接混合，一次合成极易引起异相的生成[13]。由此可见，其合成工艺有待进一步改进，尽量消除异相，提高陶瓷钙钛矿主晶相结构的纯度。

3.2 复合材料SEM分析

图2为陶瓷质量分数为60%和90%的复合材料扫描电镜照片。比较图2(a)和图2(b)可以看出，图2(b)中的陶瓷含量明显多于图2(a)，且图2(b)中部分陶瓷颗粒已经连成一片，而图2(a)中陶瓷颗粒仍然零零散散地分布在有机基体PVDF中。这就使得陶瓷含量为90%的复合材料的极化性能要比含量为60%的复合材料好[14]。

3.3 铁电性能分析

图3为PZN-PZT/PVDF压电复合材料的电滞回线。从图中我们可以看出，陶瓷含量对复合材料的剩余极化强度Pr和矫顽场Ec的影响都较大。随着陶瓷含量的增加，复合材料的剩余极化强度明显增加，当陶瓷含量为90%时其剩余极化强度可达5.27μC・cm-2。这是因为随着陶瓷含量的增加，复合材料的电阻随之减小，加载在陶瓷上的电压增大的缘故。由于铁电陶瓷的铁电性远高于压电聚合物的铁电性[15]，所以PZN-PZT/PVDF压电复合材料的矫顽场随着陶瓷含量的增加呈下降趋势，其铁电性越好，样品越容易极化。当陶瓷含量为90%时，压电复合材料的矫顽场Ec减小到76kV・cm-1。

3.4 介电性能分析

图4、图5为室温、1kHz条件下复合材料的介电常数和介电损耗与陶瓷质量分数的关系图。从图中可以看出，随着陶瓷含量的增加，复合材料的介电常数与介电损耗均呈非线性增加趋势。当陶瓷含量为90%时，其介电常数εr为188，介电损耗 tanδ为0.065。依据Maxwell-Garnett方程[7]可知，介电常数的变化主要是因为压电陶瓷PZN-PZT的介电常数远高于聚合物PVDF的介电常数，故复合材料的介电常数主要取决于压电陶瓷的含量。所以，随着压电陶瓷质量分数的增加，复合材料的介电常数呈增大趋势。复合材料的介电损耗随着陶瓷含量的增加也呈增大趋势，但它的变化幅度小于介电常数的变化幅度。

3.5 压电性能分析

图6为PZN-PZT复合材料的压电常数d33与陶瓷质量分数的关系曲线。从图中可以看出，随着陶瓷含量的增加，PZN-PZT/PVDF复合材料的dd33呈增大趋势。当陶瓷含量由75%增加到85%时，复合材料的压电常数增加较快。当陶瓷含量为90%时，其压电常数dd33可以达到33.4pC/N。这是因为压电复合材料的压电性能主要取决于压电陶瓷的含量和性能，所以随着陶瓷含量的增加，复合材料的压电性能也随之提高。从扫描电镜照片也可以看出，随着陶瓷含量的增加，复合材料中部分陶瓷颗粒连成一体，从而进一步提高了复合材料的压电性；同时，由复合材料的电滞回线可看出，随着陶瓷含量的增加，复合材料的极化性能明显提高，这就使得陶瓷含量较高的复合材料在相同的极化条件下极化得更充分，压电性更好[16]。

4 结 论

（1） 用固相烧结法合成了钙钛矿结构为主晶相的纯度较高的PZN-PZT陶瓷粉体；

（2） 随着陶瓷含量的增加，剩余极化强度Pr增加，矫顽场Ec下降，当陶瓷含量为90%时，其剩余极化强度Pr增加到5.27μC・cm-2，矫顽场Ec则下降到76kV・cm-1；

（3） 随着陶瓷含量的增加，复合材料的介电常数、介电损耗、压电常数增加。当陶瓷含量为90%时其介电常数εr为188，介电损耗tanδ为0.065，压电常数d33为33.4pC/N。

参考文献

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Effects of PZN-PZT Piezoelectric Ceramics on

Properties of Piezoelectric Composites

Dai Lei Hu Shan Zhou Li Yan Haixia

(Materials Science and Chemical EngineeringChina University of GeosciencesWuhanHuBei430074)

Abstract: PZN-PZT piezoelectric ceramic powders were synthesized by solid phase sintered technology and their crystal phases were studied by XRD. PZN-PZT/PVDF 0-3 type piezoelectric composites was prepared by the way of mixing PZN-PZT ceramic powders and PVDF.Its ferroelectricity,dielectric property and piezoelectricity were studied. The results showed that the ferroelectricity,dielectric property and piezoelectricity of composites increased with ceramic content.The remnant polarization Pr was 5.27μC・cm-2,the coercive field Ec was 76kV・cm-1,the dielectric constantεr was 188,the dielectric dissipation tanδ was 0.065 and the piezoelectric constant d33 was 34.3Pc/N when the composites contained 90% ceramics.

压电陶瓷范文第4篇

[关键词]电子鼓； 压电陶瓷传感器；鼓盘；均匀性

中图分类号：TP212.9 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）30-0288-01

鼓盘信号的传感理论上可分为两种：接触式触发器和非接触触发器。

非接触式触发器是靠固定在鼓盘上面一层导电网面作极板与固定在鼓盘下部的电容式传感器间电容改变，从而使机械信号转化为电信号，但这种传感方式因信号微弱、噪声较大、要拾取到微弱的的振动信号是非常困难等因素，再加上材料成本和工艺要求特别高，此传感方式并未在电子鼓上广泛推广。

接触式触发器方式就是在鼓面下部固定一个压电陶瓷片（蜂鸣片），这种触发方式结构简单，灵敏度较高，敲打鼓盘时引起的震动产生的机械信号转化为电信号，具体的说，就是蜂鸣片输出一个正弦波的电信号（如图1）。

由于电子鼓鼓盘直径大小不同，受压电陶瓷片的直径大小限制和贴附位置（一般将蜂鸣片放置在鼓在中间位置），很容易产生击打鼓盘不同位置时产生的电信号不同，特别是直接击打在位于压电陶瓷片固定位置的鼓面部分，出来的声音就会特别响，如果刻意去敲这个接触点，会感觉到这一点和其他地方会非常不一样，缺乏平滑的过渡，中间有个尖峰（如图2）。

由于鼓手在击打鼓面时不可能准确一至准确的击打某一部位，相对于真鼓，击到在不同位置时候，只有细微的差别，对于电子鼓需克服这样的弱点，我们不仅需要软件从算法上作出修正，更需要从结构上保证鼓盘的均匀性，整体如图3

一.我们需打破传统，改变蜂鸣片直接贴在传感铁片（或其它传感材料上），让蜂鸣片与传感铁片之间有一段距离；

二.再将蜂鸣片贴在一块PC传感片，传感PC片的直径范围需保证A1≈A2（如图4），这样才能保证击打鼓盘任意位置，敲打面与蜂鸣片中心基本相等。

三.将PC片按45°角排列贴缓冲垫并贴于传感铁片上，保证敲击的机械振动可从四周传至蜂鸣片，以保证机械信号转化为电信号的电压和频率一致。

验证效果：由于保证了击打任一点击打位置到蜂鸣片的位置基本相等，且蜂鸣片未直接贴在传感铁片上，不存在直接的硬接触点，击打的整个区域都是非常自然而平滑的过渡。在不做力度修正的情况下，可以感受到不同位置的音量连续变化，不存在别扭的突变点。这个音量变化和真鼓是不一样的，如经过软件的力度算法的修正之后，就可以做到和真鼓接近的区域力度响应（图5）。

上述方法只是本人在实际研发和生产中摸索出来的一种结构设计方法并正式用于生产，当然如何调整鼓盘的均匀性，每个厂商自有一套方法，既可从软件算法方面去做修正，音量方面去做补偿，本人只是从结构上探讨如何将均匀性做到更好，减轻软件方面的困扰。

参考文献

[1] 门秀花，李舜酩.压电陶瓷传感器稳定性的仿真分析[J].传感器与微系统，2007年10期.

压电陶瓷范文第5篇

关键词 无铅压电陶瓷，铋层状结构，钛酸铋钠基，钨青铜结构

1引 言

随着社会可持续发展战略的实施和人们环保意识的增强，无铅压电陶瓷材料的研究和应用更日益引起人们的关注。压电陶瓷被广泛应用于通信、家电、航空、探测和计算机等诸多领域，是最重要的电子材料之一，然而，目前使用的压电陶瓷材料仍是含铅的，其中铅基压电陶瓷中氧化铅约占原材料总量的70%，由于氧化铅是一种易挥发的有毒物质，在生产过程中，氧化铅粉尘以及高温合成或烧结过程中挥发出来的氧化铅极易造成环境污染，在使用和废弃后的处理过程中也会给人类及生态环境造成严重危害。于是近年来，为了保护人类及生态环境，许多国家都在酝酿立法禁止使用含铅的压电陶瓷材料，因此，开发无铅基的环境协调性（绿色）压电陶瓷材料是一项紧迫而具有重要科学意义的课题。

近年来，国内外研究的无铅压电陶瓷体系主要有：钛酸钡基、铋层状结构、钛酸铋钠基、碱金属铌酸盐系及钨青铜结构无铅压电陶瓷。

2钛酸钡基无铅压电陶瓷

钛酸钡（BaTiO3）是最早发现的典型无铅压电材料，其居里温度较低，工作温度范围较窄，压电性能属于中等水平，难以通过掺杂改性来大幅度改善其压电性能,且在室温附近存在相变，所以其在压电方面的应用受到限制。目前，BaTiO3基无铅压电陶瓷体系主要有：

（1） （1-x）BaTiO3-xABO3(A=Ba、Ca等；B=Zr、Sn、Hf、Ce等)；

（2） (1-x）BaTiO3-xA′B′O3（A′=K、Na等； B′=Nb、Ta等）；

（3） (1-x）BaTiO3-xA0.5NbO3(A= Ba、Ca、Sr等)。

研究结果表明，在上述三个体系中，都存在顺电立方-铁电四方相变，此相变具有弛豫铁电性的特征，而某些组分不再出现宏观上的铁电四方到铁电正交的相变，因而有利于室温下使用。对于某些配比，比如以Zr取代Ti的位置，可得到压电性能和铁电弛豫性都较好的陶瓷[1]，如Ba(Til-xZrx)O3基压电陶瓷的 d33可达340pC/N，而且工作温区有所拓宽[2]。

3铋层状结构无铅压电陶瓷

含铋层状结构是由二维的钙钛矿和(Bi2O2)2+ 层有规则地相互交替排列而成。它的通式为：(Bi2O2)2+（Ax-1BxO3x+1）2-，此处A为适合于12配位的1、2、3、4价离子或它们的复合，B为适合于八面体配位的离子或它们的复合，x为整数，称为层数，即钙钛矿的层数。理论上讲从x=l到x=∞(纯钙钛矿结构)都可能，都能满足离子堆积的几何规则，对于x≤5的物质的存在已经有大量电子衍射和高分辨电镜实验证明，但对于其它情况则存在疑问。到目前为止，含铋层状结构主要可以归纳为以下几大类[3]：

(1) Bi4Ti3O12基无铅压电陶瓷；

(2) MBi4Ti4015基无铅压电陶瓷；

(3) MBi2N209基无铅压电陶瓷(M=Sr、Ca、Ba、Na0.5Bi0.5、K0.5Bi0.5；N=Nb、Ta)；

(4) Bi3TiNO9基无铅压电陶瓷(N=Nb、Ta)；

(5) 复合铋层状无铅压电陶瓷。

铋层状结构压电陶瓷材料具有以下特点：低介电常数、高居里温度、压电性各向异性明显、高绝缘强度、高电阻率、低老化率。这类材料是适合于高温高频场合使用的压电材料，但这类材料的压电活性低，极化场强高，为了改善铋层状结构的压电活性，通常采用两种方法，即掺杂改性和工艺改进[4]。

研究表明[5]：Nb5+和V5+离子分别掺入Bi4Ti3O12，取代B位的Ti4+，可以提高其电阻率,掺杂后可以获得相对密度达95%以上的致密化陶瓷，而且通过施主掺杂，电阻率大大提高，而电阻率的提高可以有效地改善极化性能，象Bi4Ti2.86Nb0.14O12的d33可以达到20.0pC/N，而V掺杂后，可以在不降低其它性质的同时，将Pr提高40×10-6C/cm[5]。

另外，通过新的制作工艺可以改进陶瓷的显微结构，从而提高非铅压电陶瓷的压电性能，通过工艺上控制这类陶瓷的晶粒取向，可使材料在某一方向具有所需要的最佳性能。采用适当的热处理技术可以在高温下使晶粒内发生位错运动和晶粒间的晶界滑移，使陶瓷晶粒实现定向排列[6]。

表1列出了分别采用流延和挤压工艺定向后得到的织构化CaBi4Ti4015陶瓷的电学性能[7]，同时将它们与任意取向的陶瓷进行比较，可以看出晶粒定向以后陶瓷的电学性能得到了有效的提高。

4钛酸铋钠基无铅压电陶瓷

钛酸铋钠Bi0.5Na0.5TiO3（BNT）是1960年Smolensky等人首次合成并发现的具有钙钛矿结构的铁电体，通式为A0.5 A′0.5TiO3，是钛酸盐系列的典型代表[8]。BNT在室温下是三方铁电相，在230℃ 时经历弥散相变转变为反铁电相，在320℃转变为四方顺电相，520℃以上BNT为立方相。BNT具有弛豫铁电体的特征，具有相对较大的剩余极化强度Pr(38uC/cm)、压电系数大（kt、kp约50%）、介电系数小(240～340)、声学性能好（其频率常数NP=3200 Hz・m）和极高的矫顽场(7.5 kV/mm)。由于其矫顽电场高以及在铁电相区电导率较高，因而极化困难，难以制得实用的压电陶瓷。

为了克服BNT陶瓷的极化困难和难以烧结成致密样品的缺点，人们通过添加多种钙钛矿结构掺杂物对BNT进行改性。日本学者Takennka等人[9～12]通过引入Pb、Ba、Ca、Sr、Mn等元素后，降低了BNT过高的矫顽场强，避免了因BNT铁电相较高的电导率导致的极化困难，成功解决了BNT材料极化难的问题。他们主要对以下体系进行了较详细的研究：

(1) (1-x)BNT-xBaTiO3；

(2) (1-x)BNT-xMNbO3(M为Na，K)；

(3) (1-x)BNT-x/2 (Bi2O3Sc2O3)。

表2列出了上述体系中性能较好的代表性配方的压电性能。

另外，Park等[13]对BNT-SrTiO3系统进行了研究，国内吴裕功等[14]也开展了CaTiO3对BNT压电性能影响的研究，结果表明：SrTiO3、CaTiO3同样能降低BNT的饱和极化强度，但作用不如BaTiO3显著。Takenaka等[11]研究了(1-x)(Na0.5Bi0.5)TiO3-xNaNbO3体系的特性，表明了该体系较容易烧结，在最佳配方 x=0.03组成下其性能为：d33=71×10-12pC/N，k33=0.43，在50kV/cm电场下剩余极化为33uC/cm。Hajime等[15]开展了(1-x)(Na0.5Bi0.5)TiO3-x/2(Bi2O3・Sc2O3)体系的研究，发现随着1/2(Bi2O3・Sc2O3)的掺入，使体系中Bi的含量增加，对增大tc效果明显，但是k33也会相应下降。在x=0.02时，k33和d33同时达到最大值：42%和74.7pC/N。

在BNT中掺杂稀土元素及锰的氧化物可以改善BNT陶瓷的压电特性。稀土氧化物的加入会促进BNT晶粒的生长，在一定范围内，随着稀土氧化物量的增加，晶粒尺寸也增大；其中尤以Nd2O5对晶粒生长促进的作用最大。但当稀土氧化物的加入量超出其固溶极限后，稀土氧化物会存在于晶界附近，阻止晶粒长大，造成BNT的细晶结构。Aree等研究了掺入0～6%的La可形成(Bi0.5Na0.5)1-1.5xLaxTiO3系压电陶瓷，其压电性能良好：x= 0.0172时，相对密度为95%，相对介电常数为550，d33=91pC/N，kt =43%，kp=13%，tc=345℃[16]。MnO2的加入能提高BNT的机电耦合系数并显著提高BNT陶瓷的电阻率，40℃下可达3×l0l4Ω/m，从而可提高BNT的击穿强度，但MnO2的引入同时也会使BNT的居里温度下降[17]。

5碱金属铌酸盐系无铅压电陶瓷

1949年美国学者合成了NaNbO3、KNbO3、LiNbO3等类钙钛矿型化合物晶体，这类化合物的通式为ANbO3(A为Na、K、Li)，其压电性较大,多年来作为电光材料受到重视[18]。其中NaNbO3是室温下具有类钙钛矿结构的反铁电体，存在复杂的结晶相变，具有强电场诱发的铁电性。以NaNbO3为基，适当添加第二组元，可得到性能较好的铁电压电体，如NaNbO3-KNbO3系陶瓷的居里温度较高(>160℃)，压电性能良好(d33可超过100pC/N)[19]。由于碱金属的易挥发性，采用传统陶瓷工艺难以获得致密性良好的陶瓷体，使陶瓷性能变差。采用热压或等静压工艺能够获得致密的NaNbO3-KNbO3陶瓷，材料的温度稳定性得到较大改善，相对密度可达99%，但材料的稳定性程度并不令人十分满意；另一方面，以Ta、Sb等元素部分置换取代B位的Nb，使碱金属铌酸盐陶瓷向多元化方向发展[20]。

LiNbO3和KNbO3也是重要的无铅压电材料，LiNbO3晶体因其居里温度高（tc=1210℃）、自发极化强度大（Ps=71×10-6C/cm2）、机械品质因数高而倍受关注。在LiNbO3中加入少量的自身具有高压电性的玻璃助剂，从而有效地改善了陶瓷的强度。KNbO3具有与钛酸钡相似的结构,其居里温度为435℃，由于KNbO3陶瓷的压电性能低，烧结工艺要求严格，易破碎，因此难以在实际生产中应用。

6钨青铜结构无铅压电陶瓷

钨青铜结构化合物是次于(类)钙钛矿型化合物的第二类铁电体，其特征是存在[BO6]式氧八面体，B为Nb5+、Ta5+或W6+等。目前发现和研究的钨青铜结构压电陶瓷多以铌酸盐为主，其中主要体系有：

（1） (Sr1-xBax)Nb2O6基无铅压电陶瓷；

（2） (AxSr1-x)2NaNb5O15基无铅压电陶瓷(A=Ba、Ca、Mg等)；

（3） Ba2AgNb5O15基无铅压电陶瓷。

铌酸盐钨青铜结构化合物陶瓷在成分和构造上的差别对它的铁电性能有重要影响，一般来说，钨青铜化合物具有自发极化强度较大、居里温度较高、介电常数较低等优点，因此近年来，钨青铜结构铌酸盐陶瓷作为重要的无铅压电陶瓷体系越来越受到重视。

7结 束 语

从现在的研究状况来看，无铅压电陶瓷的性能指标均不能与铅基压电陶瓷相媲美，还存在较大的差距,但无铅压电陶瓷在压电性能上又各具特点，在某些单项指标上甚至优于铅基压电陶瓷，可在特定场合部分取代铅基压电陶瓷。作为新一代压电材料，目前对这些体系的研究还不完善，还需要进一步深入研究，在以后的研究工作中，我们应该从以下几个方面开展工作：一是对现有无铅体系做进一步的掺杂改性和位置替换，研究替换机理和掺杂物对介电压电性能的影响；二是研究新的无铅压电陶瓷的制备工艺；三是开发新的无铅压电陶瓷体系。

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压电陶瓷范文第6篇

关健词：粉体加工；压电陶瓷；超声换能

1 引言

压电陶瓷是电子功能陶瓷中的一大类材料，它的基本特性是能进行电能与机械能的相互转换，可制成无线电元件、电声元件、超声换能元件、引燃引爆元件等，具有十分广泛的应用领域。

常用的压电陶瓷有钛酸钡系、锆钛酸铅二元系及在二元系中添加第三种ABO3（A表示二价金属离子，B表示四价金属离子或几种离子总和为正四价）型化合物，如：Pb（Mn1/3Nb2/3）O3和Pb（Co1/3Nb2/3）O3等组成的三元系。如果在三元系统上再加入第四种或更多的化合物，可组成四元系或多元系压电陶瓷。

压电陶瓷的主要制备工序有：组成配料、预烧合成、粉体加工、成形、烧成、覆电极、极化、检测等。在压电陶瓷的生产中，每一道工序所用设备、工艺参数对最终产品质量都有很大影响。对粉体加工而言，合成料的粉碎颗粒度及其粒径分布范围对压电陶瓷产品的综合性能影响很大，通常，粉体粉碎粒径小、颗粒分布范围窄对压电陶瓷产品性能有利。

许多压电陶瓷超声换能产品，如超声波水声探测、超声波无损探伤、超声波焊接、超声波雾化等换能元件，都是采用干压成形，成形所用的压电陶瓷造粒粉体的填充性能对成形质量影响很大，理想的干压成形粉体是松装密度高、流动性好、得到的压制坯体和烧成瓷体都具有较高的体积密度。

本文针对压电陶瓷超声雾化换能器生产中的粉体加工制备这一基础环节进行研究，包括合成料的粉碎和干压粉体的造粒，以期获得良好的压电陶瓷粉体制备技术和相应产品。

2 实验条件

（1）本实验的超声换能压电陶瓷是改性的Pb（Mn1/3Nb2/3）O3―PZT三元体系，粉体的合成采用神佳SJJ―17高温箱式电炉。

（2）压电陶瓷合成料采用KR―2球磨机、YQ300振磨机和派勒PHN0.5CE砂磨机三种工艺设备进行粉碎加工。

（3）压电陶瓷粉体造粒采用大川原OPD―8T离心喷雾干燥机进行。

（4）粉体粒度和形貌检测采用欧美克LS900激光粒度分析仪、广光DV―300光学显微镜、荷兰PROX电子显微镜。

（5）粉体的松装密度、流动性采用自制装置检测，流动性用50 g粉体流出容器所用时间（s）来衡量，体积密度用阿基米德原理检测，压电陶瓷性能采用安捷伦4294A分析网络仪检测。

3 实验及结果讨论

3.1 不同粉碎设备对粉料粒径及其分布的影响

（1）实验方案

在球磨罐、振磨料斗和砂磨机料桶中分别放入3 kg压电陶瓷合成料进行粉碎加工，全部采用湿法加工，每隔一段时间取样，测其粒径及其分布，对比粉料粒径D50达到0.5 μm左右时三种设备加工所需的时间和加工后粉料的粒径分布情况。

（2）过程数据（见表1）

（3）数据分析

由实验结果可知，从粉碎效率和粒径分布来看，振磨工艺要好于球磨工艺，砂磨工艺要明显好于球磨和振磨工艺。这与粉碎所用的磨球尺寸和磨球的运动速度和能量有关。通常，磨球越小，研磨作用越大，粉碎越细，粒径分布也越窄。实验中，砂磨所用的氧化锆球径为1.5 mm（1.5 Kg），球磨和振磨所用氧化锆球径为20 mm、15 mm和8 mm混配（7.5 Kg），砂磨的研磨工作表面积要远大于球磨和振磨。砂磨时磨球运转速度为1800 rpm，振磨时磨球的振动速度为600 次/min，球磨时磨球运转速度为65 rpm。因此，砂磨工艺粉碎效率最高，粉体颗粒最细，粒径分布最窄，粉碎质量最好。

3.2 砂磨工艺对粉料粒径及其分布的影响

（1）试验方案

取粗粉碎后的压电陶瓷合成粉体，检测粗粉碎后的粉体粒度分布，记下D50，D90。

按粉 ： 水=68：32的比例化浆搅拌0.5 h，过120目筛网后进行粉碎（分散剂添加量为粉体质量的0.3%）；料浆循环砂磨一次需时大约5 min。

用滴管每隔5 min取3 ～ 4滴浆料进行粒度检测，记下D50，D90；（样品加20 ml水，超声分散3 min），计算出粉碎粒径变化与浆料过机循环圈数的关系。

（2）过程数据

（3）数据分析

从粉碎粒径与循环圈数关系图可以看出，粉体粒径与粉碎循环圈数有关，随着循环圈数的增加，粒径不断减小，当循环圈数≥12.8圈时，D90、D50变化不再明显，呈现动态稳定。

从SEMD片中可以看出，原料粒径接近2 μm，循环12.8圈后在0.8 μm左右波动，与激光粒度测试结果相符。

由本次试验结果可以看出，粉体粒径与粉碎循环圈数有关，在粉碎最初时粒度减小明显，当达到一定循环圈数后，颗粒细度达到极限，不再降低，因此，过度粉碎不仅增加能耗，降低产量，而且对颗粒分布带来不良影响。

3.3 喷雾干燥工艺对粉体颗粒形状、流动性和松装密度的影响

3.3.1聚乙烯醇PVA含量对造粒形貌的影响

（1）试验方案

取一定量的粉碎浆料，分别添加1.0 ～ 1.5%的PVA，PVA含量=PVA固体/（浆料+PVA溶液）；浆料固含量为65%，浆料固含量 = 干粉/（干粉+纯水）；喷雾干燥造粒条件：进风口温度230℃；出风口温度110℃；转速11000 r/min。

用光学显微镜观查喷雾造粒的颗粒形貌，并进行形貌对比。

（2）过程数据

（3）数据分析

从形貌图片可以看出，PVA含量对粉体形貌有一定影响，随着PVA含量的增加，喷雾颗粒尺寸略有增大，当PVA固含量达到1.5%时，粉体颗粒开始出现明显的窝头状（球型结构出现凹陷）。

3.3.2浆料固含量对造粒粉体松装密度、流动性的影响

（1）试验方案

制备三种压电陶瓷浆料，浆料固含量分别为50%、55%、60%，PVA含量为1.2%。

喷雾造粒条件：进风口温度230℃；出风口温度110℃；转速11000 r/min。

对比造粒后粉体松装密度、流出时间（s，50g粉体）。

（2）过程数据

（3）数据分析

粉体的松装密度决定压制成形的压缩比，松装密度高，压制时排气量小，则压缩比小。粉体流动性决定粉体在模具中的填充性，流动性好，有利于模具填料和成形。从实验数据可以看出，浆料固含量对松装密度、流动性有一定影响；固含量高，松装密度低，流动性好。固含量低，喷雾干燥时，相同时间内进水多、进料量少，造粒后粉体粒径偏小，松装密度偏大，粉体流动性差。

3.3.3进风口温度对造粒松装密度、流动性的影响

（1）实验方案

取55%固含量的压电陶瓷粉体浆料，进风口温度210℃、230℃、250℃，出风口温度110℃。PVA含量为1.2%。转速11000 r/min。

对比喷雾造粒后粉体的松装密度、流出时间（s）。

采用光学显微镜观查喷雾造粒粉体的形貌。

（2）过程数据

（3）数据分析

从实验结果可以看出，进风口温度对粉体粒径和填充性能有一定影响，进风口温度低（210℃）时，所得造粒粉体偏细，并且有破碎等粉体形貌出现，粉体含水率偏高，流动性较差。进风口温度高（250℃）时，所得造粒粉体颗粒较大，呈较规整的球状，粉体含水率低，流动性较好。进风口温度的选定，必须与进料速度相匹配，进料速度高，进风口温度应相应偏高。

3.3.4雾化头转速对喷雾造粒粉体松装密度、流动性的影响

（1）实验方案

取55%固含量的压电陶瓷浆料，进风口温度230℃，出风口温度110℃，PVA含量为1.2%。雾化头转速取9000 r/min、11000 r/min、13000 r/min。

对比喷雾造粒所得粉体的松装密度、流出时间（s）。采用光学显微镜观查喷雾造粒粉体的形貌。

（2）过程数据

（3）数据分析

从实验结果看出，雾化头转速会影响粉体的粒径和填充性能。转速过高（13000 r/min），粒径较细，造粒粉体中细颗粒所占比例较大，所得造粒粉体松装密度高，流动性差。转速太低（9000 r/min），雾化浆料颗粒较大，干燥时容易形成窝头状颗粒，球形规整度差，松装密度偏低，且粉体含水率偏高，降低造粒粉体的流动性。因此，不同的浆料，固含量不同，比重不同，要得到好的喷雾造粒粉料，所采用的雾化头转速是不同的。

3.4 造粒粉体粒径对压电陶瓷显微结构的影响

（1）实验方案

取一定质量造粒粉体按

将三种粒径粉体按相同的干压条件（干压密度5.40 ～ 5.45g/cm3）进行干压，并用光学显微镜观查对比干压坯体的表面形貌。

在700℃进行排胶（保温2 h），1280℃进行烧结（保温2 h）。

取烧结后三种粒径对应所得压电陶瓷体进行烧结密度测量。对烧结后三种粒径压电陶瓷体用电子显微镜观查对比瓷体内部的结构。

（2）过程数据

（3）数据分析

从以上实验数据和显微观查结果来看，粒径

因此，在干压成形粉体的制备中，仅通过筛分来减小造粒粉体的粒径分部范围，提高其松装密度和流动性，是片面的，还要综合考虑压制和烧成后陶瓷的致密度。因此，采用粒径

4 结论

（1）旱缣沾珊铣闪喜捎蒙澳セ粉碎，效率高，粉体颗粒细，粒径分部范围窄，更有利于改善压电陶瓷的微观组织结构，提高压电陶瓷材料的机械性能和压电介电性能，对超声波雾化换能元件而言，可降低性能衰减速度达50%，明显延长其使用寿命，由5000h延长至8000h。

（2） 在粉体喷雾干燥造粒中，PVA含量、进风口温度对粉体的形貌有较大的影响，PVA含量过高容易破坏粉体的球型结构；进风口温度过低颗粒容易破碎，造粒粉体流动性差，无法成形；浆料固含量、雾化头转速、进风口温度对粉体粒径有影响，固含量低、转速过高、进风口温度低都会造成造粒过程粉体粒径偏细，粉体松装密度变大，流动性变差。

（3） 松装密度、流动性与造粒粉体粒径有关，粒径小，松装密度大，但粉体流动性降低；松装密度大的粉体，干压时有利于形成致密性高的坯体，烧结后瓷体内部气孔少、密度高。

压电陶瓷范文第7篇

本文针对目前轮胎压力检测系统中电池容量有限、易污染环境、受温度影响等问题，提出了用压电陶瓷为轮胎压力检测系统提供能源的方法。制作了一种微型的压电陶瓷发电装置，设计了基于压电陶瓷的轮胎压力检测系统的发射与接收模块电路，发射模块能源由压电陶瓷发电装置提供，接收模块能源由车载直流电源提供。该发电装置体积小重量轻，无需经常更换电池，完全能满足轮胎压力检测系统的发射模块的能源要求。

【关键词】轮胎 压力 压电陶瓷 发电 发射

汽车轮胎的压力直接关系到汽车的安全与舒适性能，关系到驾乘人员的人身安全。胎压不足而爆胎引发的安全事故时常见诸报端，特别是高速公路上，据统计由爆胎引发的交通事故占高速公路事故总数的70%。避免爆胎最关键也是最有效的措施就是及时监测胎压，时刻保持在标准胎压的范围内行驶。汽车轮胎压力检测系统目的就是实时地对胎压进行自动监测，当胎压低于标准气压时及时报警，提醒驾驶员采取对应措施，保障行车安全。

汽车轮胎压力检测系统主要有两种类型：一种是间接式汽车轮胎压力检测系统，一种是直接式汽车轮胎压力检测系统。间接式汽车轮胎压力检测系统依赖于汽车制动防抱死系统中的轮速传感器，根据不同轮胎中轮速传感器传递过来的转速信息来比较不同轮胎之间的转速差别，当不同轮胎之间的转速差大于一定值时，说明其中某一个轮胎胎压不足，以此来实时监测轮胎胎压情况。这种间接式汽车轮胎压力检测系统基于汽车现成的轮速传感器，简单方便，但这种依赖于两个轮速差的方法在某些情况可能失效，如同轴的两个轮胎同时胎压不足，或行驶在弯道时轮速差可能引起的误报。直接式汽车轮胎压力检测系统基于每个轮胎中的胎压传感器直接检测，可以监测每个轮胎的实时胎压，避免误判。这种系统需要为轮胎中的发射模块提供能源，目前一般使用锂电池提供，而锂电池电池容量有限需更换，其中的化学物质易污染环境，而且锂电池容量受温度影响大。所以在持续长时间运动及高温等恶劣环境下工作的轮胎中，不使用锂电池而又能获得能源，成了人们的研究热点。

1 压电陶瓷材料

压电陶瓷材料属于一种智能材料，工作原理基于压电效应，当压电陶瓷端面受到外力作用时，两端面会集聚电荷，产生电能。在不受外力作用时，压电陶瓷内部晶体的正负电荷中心相互重合，总电矩为零，晶体对外不显极性。当沿某一方向施加作用力时，由于变形，晶体中的正、负电荷重心分离，晶体总电矩不再为零，对外呈现极性，产生电荷。对于锆钛酸铅型压电陶瓷而言，一小块的压电陶瓷片即可产生大量的电荷。如图1所示的压电发电装置，高压生成部分由几块直径为1cm、高0.4cm的压电陶瓷组成。持续旋转的偏心轮机构持续为压电陶瓷提供外力。基于压电效应，机械能转变为电能，由压电陶瓷并联输出端输出，输出端经变压器后点亮一个40W的灯泡。持续点亮灯泡30min后，输出功率并无明显的变化。近几年，随着压电陶瓷技术的发展，利用压电陶瓷制作的压电发电装置也越来越多，这些装置大都具有无污染、结构简单、不发热等特点，将压电陶瓷这些特征应用于在恶劣环境工作的轮胎中，不仅可以实现装置的微小化与集成化，而且可以替换锂电池，满足轮胎压力检测系统中的能源需求。

2 压电发电装置及电路设计

汽车轮胎的转动特征类似于如图1压电发电装置中偏心轮的持续转动，偏心轮通过活塞给压电陶瓷持续不断的压力类似于汽车轮胎中的持续转动。汽车行进过程也是对压电陶瓷不断挤压的过程，这样压电陶瓷可以源源不断地发电，安装于轮胎压力检测系统中，可以持续不断地为压力检测模块提供能源，保证轮胎压力检测系统时刻正常工作。利用压电陶瓷的特性和轮胎的运动特征，设计了一种应用于轮胎压力检测系统中的发电装置，其结构图如图2所示。

图2中的接触体与轮胎的承压面接触，轮胎在高速转动过程中持续不断地挤压接触体，进而给压电陶瓷片以持续的脉冲式压力，这种压力产生的电荷是瞬态的，无法直接转换成可用的电能，需要有储能电路对该电能进行能量存储，储能电路如图3所示，脉冲式压力产生的电荷经二极管流向充电电容，利用充电电容给发射模块提供能量。

轮胎压力检测系统的发射模块如图4所示。胎压信号经由轮胎中的压力传感器检测后，经相关的除噪滤波模数转换后进入微处理器MCU进行处理。设计中采用MC68HC908RF2作为发射模块处理芯片，模块处理芯片对检测的温度压力信号进行编码后经由RF发射进行发射。发射频率采用433MHz。压电发电装置提供发射模块中的所有能源。

轮胎压力检测系统的接收模块如图5所示。接收芯片选用MC33594，控制器选用MC68HC908GT8。RF接收器MC33594接收轮胎发射模块发射来的温度压力信号，经MC68HC908GT8微处理器处理后系统与设定的标准胎压值进行比较，当检测的胎压值出现异常时，系统自动报警，驾驶员根据报警信息采取对应措施。车载直流电源提供接收模块的能源。

3 系统软件设计

为降低系统功耗，软件设计过程中通过优化算法达到降低功耗的目的。TPMS系统最大的功耗在于无线发射的过程，本设计中采用断续发射方式，断续发射方式比连续发射方式更节省能耗。

MC68HC908RF2芯片检测传感器传送过来的温度压力信号，正常范围内每隔30秒发送一次，若超出设定值，启动快速发射模式，每隔1秒发送数据，同时启动报警系统。发射程序流程图如图6所示。

4 结论

轮胎压力检测系统可有效地检测胎压，有效地避免爆胎给驾乘人员带来伤害。但目前的轮胎压力检测系统大都需要电池为发射模块提供能源，为解决电池容量有限需要经常更换、受温度影响等问题，设计了一种基于压电陶瓷的轮胎压力检测系统。硬件方面设计了系统的发射与接收模块电路，发射模块能源由压电陶瓷发电b置提供，接收模块能源由车载直流电源提供。软件设计方面采用断续发射方式替换以往的连续发射模式以节省能耗。基于压电陶瓷的轮胎压力检测系统体积小、发电量大、无需经常更换电池、更不会导致环境问题，完全能满足轮胎压力检测系统的发射模块的能源要求。

参考文献

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[4]李天利，贾喜国，胡泓，等.无源TPMS中SAW传感器RF信号收发系统研究[J].汽车技术，2012（04）：44-47.

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[6]韩宗奇，鞠学坤，王立强，等.转弯工况下汽车间接式TPMS监测方法[J].机械工程学报，2011，47（06）：143-149.

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[8]刘奇元，车晓毅，何哲明.基于无线技术的汽车轮胎压力监测系统设计[J].重庆邮电大学学报（自科版），2010，22（06）：808-812.

作者简介

刘奇元（1980-），男，湖南省祁东县人，在读博士。现为湖南文理学院机械工程学院讲师。研究方向为机电控制系统与检测、机械运动学仿真、图像处理。主持教育厅项目1项，校级科研教改项目4项，参与完成国家重大科技专项1项，国家自然科学基金2项，省级项目6项，13篇，其中EI收录5篇。

作者单位

压电陶瓷范文第8篇

[关键词] 牙周病；磁伸缩洁牙机；压电陶瓷洁牙机；表面光洁度；牙敏感

[中图分类号] R781.05 [文献标识码] A [文章编号] 1674-0742（2014）11（a）-0046-03

牙周病是口腔疾病中最常见的疾病之一。由于人们对牙周病的危害性认识不足，加上传统治疗方法在治疗过程中产生的酸痛和不适现象，以及牙周病患者对此产生的恐惧心理，致使牙周病患者返诊、就诊率低，牙周病病情逐渐加重，最终导致牙齿脱落。为探索减轻牙周病患者治疗过程中的痛苦，提高治疗成功率，该研究选择离体牙以及在该院2013年11月―2014年6月期间就诊、确诊为牙周病的患者，用磁伸缩洁牙机和压电式超声洁牙机进行龈上洁治、龈下刮治和根面平整。比较两组洁治的效率、舒适度以及牙面光洁度。现报道如下。

1 资料与方法

1.1 一般资料

所有离体牙均来自该院门诊因牙周病松动无法保留的拔除牙（患者知情同意），。拔除后。保存在4%麝香草酚溶液（分析纯，西陇化工股份有限公司）中备用。

临床病例来自该科门诊的牙周病患者共64例（患者知情同意），均无装心脏起搏器，其中男31例，女33例。年龄最大78岁，最小12岁。牙石指数为1的12例，牙石指数为2的27例，牙石指数为3的25例。两组患者在性别、年龄、受教育程度、疾病严重情况等方面差异无统计学意义（P>0.05）。

磁伸缩超声洁牙机采用深圳市邦沃科技有限公司生产的邦沃牙周根管治疗仪DU─11A。其工作频率：42 000 Hz，振幅10～20微米。工作尖材质：钛合金。工作尖的运动方式：三维环形振动。

压电陶瓷超声洁牙机采用桂林市啄木鸟医疗器械有限公司生产的啄木鸟洁牙机UDS-J。其工作频率30 000±3 000 Hz。振幅30～50微米。工作尖材质：不锈钢。工作尖的运动方式：线性运动。

1.2 方法

在患者知情同意的前提下，将收集的离体牙64颗，按照配伍设计原则，将配伍好的牙齿单纯随机分为实验组和对照组，每组32颗，其中前牙12颗，前磨牙8颗，磨牙12颗。实验组用磁伸缩洁牙机洁治，功率强度在3～4之间；对照组用压电陶瓷洁牙机洁治，功率强度同样在3～4之间。由2个工作10年以上的医师交叉对离体牙进行洁治，同时配2名助手与医师随机组合，用秒表计时器记录洁治所用时间。

随机从对实验组和对照组中取一洁治好的配伍组离体牙，保存于4%麝香草酚溶液中，送厦门大学生物实验室进行扫描电子显微镜（荷兰飞利浦公司生产的XL30ESEM-TMP环境扫描电镜）检测，放大倍数分别为1 000倍、2 000倍、5 000倍、10 000倍。

临床试验：在患者知情同意的前提下，对2013年11月―2014年6月在该科就诊的洁牙患者64例随机分为试验组和对照组，每组32例。其中试验组男16个，女16个；简化牙石指数（CI-S）计分为1的患者6例，计分为2的患者12例，计分为3的患者14例，年龄最大65岁，最小12岁；对照组男15例，女17例，CI-S计分为1的患者6例，计分为2的患者15例，计分为3的患者11例，年龄最大78岁，最小21岁。试验组用磁伸缩洁牙机全口洁治，功率强度在3～4之间，对照组用压电陶瓷洁牙机全口洁治，功率强度在4～5之间，同时由助手用秒表计时器记录全口洁治所用时间，并记录术中及术后一周患者的牙敏感情况（术后牙敏感由专人每天电话向患者了解并记录）。牙敏感以酸痛为标准。

2 结果

实验组32颗离体牙洁治合计用时88 min11 s，对照组32颗离体牙洁治合计用时112 min48 s。实验组比对照组总用时少24 min37 s。实验组离体牙洁治的工作效率高于对照组，差异有统计学意义（P

通过扫描电子显微镜（荷兰飞利浦公司生产的XL30ESEM-TMP环境扫描电镜）放大1 000倍、2 000倍、5 000倍、10 000倍检测，结果见附图1-附图8。观察实验组放大10 000倍以后牙表面干净、光滑、平整。不需要抛光。对照组放大10 000倍以后牙表面留有少量牙石、表面粗糙有划痕、不平整。需要抛光。实验组的表面光洁度好于对照组。

临床试验结果，试验组每位患者全口洁治平均用时57 min，对照组每位患者全口洁治平均用时87 min。实验组每位患者全口洁治比对照组少30 min。临床工作效率实验组高于对照组。

临床试验组与对照组洁治术中、术后一周内患者牙敏感比较结果。其中牙敏感人数为术中及术后一周总和。见表1。

表1 实验组与对照组牙敏感比较

经χ2检验，χ2=4.083，P

3 讨论

该研究在体外实验中发现实验组采用的磁致伸缩洁牙机其工作频率高，振幅小。工作尖圆形材质较软。工作尖的运动方式为三维环形振动。工作时手拿离体牙没有震动感觉；工作尖与牙表面呈面的接触，呈环形振动，去除牙石和色素速度比较快、表面比较干净；在前磨牙近远中凹面处及磨牙根分叉也容易进入清洁。加大工作尖压力时可明显看到工作尖磨损而牙表面不划痕，通过扫描电子显微镜检测放大10 000倍观察证实（见附图8），牙洁治后表面光滑，不需要抛光。因此在临床工作中应尽量轻力，避免工作尖损伤。耗材损失。对照组采用压电陶瓷洁牙机其工作尖有刃材质较硬，工作尖的运动方式为线性运动。工作时手拿离体牙有震动感；工作尖与牙面平行在接触牙石的下方来回移动多次，去除牙色素速度慢；在前磨牙近远中凹面处及磨牙根分叉不容易进入；加大工作尖压力容易划痕、洁治后牙面较粗糙（见附图7），必须要抛光。因此在临床工作中应尽量轻力，避免牙损伤。

在临床试验中。实验组采用磁致伸缩洁牙机，对照组采用压电陶瓷洁牙机。该研究观察到在洁治过程中实验组的病人都比较配合，要求休息次数少时间短。感觉牙震动小、声音比较柔和。洁治后感觉牙表面光滑，舒适度好（尤其是有用压电陶瓷洁牙机洁治过的病人）。而对照组的病人在洁治过程中要求休息次数多时间长（找各种借口拖延时间）。感觉牙震动大、声音比较刺耳。工作时间长产热，不舒服。洁治后感觉牙表面粗糙，都要抛光处理，因此增加了工作时间。

体外实验离体牙洁治后，通过电镜扫描放大1 000倍、2 000倍、5 000倍、10 000倍观察牙表面见附图1-8。实验组牙表面干净、光滑、平整。不需要抛光。对照组牙表面留有少量牙石、表面粗糙有划痕、不平整。需要抛光。实验组牙表面光洁度明显优于对照组。

由于实验组采用的磁致伸缩洁牙机其工作频率高，振幅小。工作尖材质较软。工作尖的运动方式为三维环形振动，因此其工作效率高，对牙不损伤，病人感觉舒适度好。适于在临床推广应用。

[参考文献]

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[5] 周映娟.超声洁治术+龈下刮治术治疗牙周炎[J].海南医学，2001，12（6）：51.

压电陶瓷范文第9篇

关键词：无铅压电陶瓷；烧结温度；固相法；ZnO掺杂 1 概述

压电陶瓷已在能源开发、电子技术、传感技术、激光技术、光电子技术、红外技术、生物技术、环境科学等方面有广泛应用[1]。由于铅基压电陶瓷PZT具有优良的压电性能，从而得到广泛的应用，但是此类压电材料中含有60%以上的有毒物质铅，在压电陶瓷的生产、使用和废弃处理过程中挥发的铅都会对生态环境和人们的健康造成不可估量的伤害，因此人们迫切期盼无铅压电时代的到来[2]。

无铅压电陶瓷是指不含铅的压电陶瓷，其更深层含义是指既具有较好的使用性又有良好的环境协调性的压电陶瓷。目前，无铅压电陶瓷可以分为：BNT基无铅压电陶瓷、KNN系无铅压电陶瓷、BZT系无铅压电陶瓷，其中KNN压电陶瓷因为具有优良的压电性能和机械性能，被认为是最具有可能替代PZT的无铅压电材料。

然而阻碍KNN压电陶瓷发展的主要问题是传统的方法无法烧结出致密的陶瓷体， 大大影响了压电和机械性能，本文选择能够有效降低烧结温度的ZnO作为掺杂对象。本文采用传统陶瓷工艺制备无铅压电陶瓷，详细探讨了不同比例ZnO掺杂对KNN陶瓷烧结特性，包括对显微结构以及电学性能等的影响。

2 实验过程

采用传统的固相法[3，4]制备了（Na0.48K0.48Li0.04）（Nb0.86Ta0.1Sb0.04）O3-xZnO压电陶瓷（x = 1.00、1.50、2.00、3.00）。首先，按配比称量分析纯原料：K2CO3、Na2CO3、Li2O3、Nb2O5、Sb2O3、Ta2O5、ZnO、无水乙醇。将原料放入烘箱中在85℃干燥2～3h，充分去除水分后迅速放入干燥器皿中冷却至室温。将各原料按照化学式（Na0.48K0.48Li0.04）（Nb0.86Ta0.1Sb0.04）O3配比进行配料，然后装入研磨罐中，研磨介质为φ2mm的锆球进行研磨，以无水乙醇为媒介，用行星式球磨机球磨3～4h，取出烘干，在750℃保温2h完成预烧；再将粉料充分研磨，过筛，加入质量分数为10%左右的PVA进行造粒；在5MP压力下压制成直径15mm，厚l.5mm的圆片，并分别在1060℃、1080℃、1095℃、1100℃保温2h进行烧结，得到致密的陶瓷片。将陶瓷片的厚度控制在1.00mm左右，进行磨平。将磨好的陶瓷片均匀的涂上银浆，在750℃烧结陶瓷获得被上电极的陶瓷样品，并在90℃的硅油中极化，极化电压3～4kV/mm[5]，极化时间30min，放置1小时左右，进行测量其相关的性能。用JSM-5900LV型扫描电子显微镜（SEM[6]）对样品表面进行观察研究；采用准静态d33测量仪（ZJ-3AN型[7]）测量压电常数d33，用LCR电桥测试仪（YB2811型）测量损耗。

3 结论分析与讨论

3.1 显微结构分析

由SEM图可以看出压电陶瓷，在掺杂量相同（x=2.00mol%），烧结温度不同的情况下（1060℃、1080℃、1095℃、1100℃）同种陶瓷样品放大10000倍后的表面形貌图如图1所示。由图1（a）可以看出，温度在1060℃时，陶瓷表面有明显的孔洞，颗粒表面比较粗糙，致密度较差。从图1（a）、（b）、（c）、（d）可以看出，随着温度的升高致密度呈现先升高后降低的趋势，陶瓷表面的孔洞也呈现先减少后增加的趋势。一般而言，陶瓷晶粒大小会随着烧结温度的升高而增大，但是从陶瓷样品的表面SEM 图可以看出，陶瓷晶粒的大小并未发生太大的变化，这可能是由于掺杂的ZnO抑制了陶瓷晶粒的长大，在温度T=1100℃时，陶瓷表面出现大量的孔洞，这可能是晶体出现液化的原因。

3.2 压电性能分析

图2为室温下测量的无铅压电陶瓷压电常数随着ZnO掺杂比例的变化曲线图。由图2可以看出，随着掺杂量的增加，压电陶瓷的压电常数呈现先增加后降低的趋势。这可能是由于ZnO在一定程度上抑制了陶瓷晶粒的长大，从而使压电常数也随之增加；但当烧结温度超过一定范围时，ZnO的抑制作用降低，使晶粒继续增大并出现液化的现象，从而造成压电常数的降低。当T=1080℃，x=2.00mol%时，压电常数达到最（d33=77pC/N）。

3.3 介电性能分析

图3为室温下测量的无铅压电陶瓷介电常数和介电损耗随着掺杂量的变化曲线图。由图3（a）可以看出，随着掺杂量的增加，压电陶瓷的介电常数整体呈现先上升后下降的趋势。当T=1080℃，x=2.00mol%时，压电陶瓷的介电常数达到最大（εr=273.58）；这说明随着陶瓷体致密度的增加压电陶瓷的介电常数也会增加。反之介电常数也会降低。同时由图3（b）可以看出，压电陶瓷的介电损耗呈现先降低后增加的趋势。同时，当T =1080℃，x=2.00mol%时，介电损耗也达到最小（tanδ=2.98%）。压电陶瓷的介电损耗与陶瓷体的致密度有关，也与微观结构和显微形貌有关，晶粒排列紧密，晶界对电畴的夹持效应小，电畴转向过程中耗能少，介电损耗就会变小，反之介电损耗就会增加。

4 结论

采用传统固相法陶瓷工艺制备了（Na0.48K0.48Li0.04）（Nb0.86Ta0.1Sb0.04）O3无铅压电陶瓷；用SEM观测了样品的表面具体（10μm）形貌，并且测量了相关的压电和介电性能。研究结果表明：

①在ZnO的掺杂比例一定时，随着温度的升高，陶瓷的压电常数呈现先升高后下降的趋势，当T=1080℃，x=2.00mol%时，压电常数到达最大（d33=77pC/N）。这是由于ZnO在一定程度上抑制了晶粒的长大，从而使陶瓷的压电常数也随之增加；但当温度超过一定的范围时，ZnO的抑制作用降低，而使晶粒继续增大，从而造成压电常数的降低。

②通过改变ZnO的掺杂量，也使压电陶瓷的介电常数整体呈现先上升后下降的趋势，当T=1080℃，x=2.00时，压电陶瓷的介电常数达到最大（εr=273.58）。这是由于随着陶瓷体致密度的增加压电陶瓷的介电常数也会增加。反之介电常数也会降低。

③ZnO的添加一定程度上改善了陶瓷的介电损耗，介电损耗整体呈现先降低后升高的趋势，当T=1080℃，x=2.00时，介电损耗达到最小（tanδ=2.98%）。这是由于压电陶瓷的介电损耗与陶瓷体的致密度有关，同时也与微观结构和显微形貌有关，晶粒排列紧密，晶界对电畴的夹持效应小，电畴转向过程中耗能少，介电损耗就会变小，反之介电损耗就会增加。

参考文献：

[1]张东升.（K0.44Na0.52Li0.04）（Nb0.86Ta0.10Sb0.04）O3陶瓷的压电性能[J].硅酸盐学报，2014（4）：444-447.

[2]郭汝丽，方亮，周焕福等.低温烧结ZnO压敏陶瓷研究进展[J].电子元件与材料，2011，30（10）：80-82.

[3]S.Shah，M.S.Ramachandra Rao.Preparation and dielectric study of high-quality PLZTx=65=35（x=6，7，8）ferroelectric ceramics[J].J.Appl.Phys.2000，（71）：65-69.

[4]B.贾菲等著.压电陶瓷.林声和译.北京：科学出版社，1979：1.

[5]Wood，A.Polymoprhism in Potassium niobate，sodium niobate，and other ABO3.

[6]莫其逢，黄创高，田建民，高英俊.原子力显微镜与表面形貌观察[J]；广西物理，2007（02）.

[7]崔业让，刘心宇.Sm2O3掺杂（Ba0.7Ca0.3）TiO3-Ba（Zr0.2Ti0.8）O3无铅压电陶瓷的制备与性能[J].无机材料学报，2012（07）.

基金项目：

压电陶瓷范文第10篇

【关键词】低温制备；PZT；压电陶瓷

0.引言

PZT（PbZrxTi1-x03）是一种典型的三方-四方钙钛矿结构的压电陶瓷，PZT基压电陶瓷因具有电性能优异、性能稳定、制造方便、成本低廉等优点而在压电陶瓷领域长期占据了主导地位[1]，尤其是其组成位于准同型相界（MPB）附近处，具有优异的压电和介电性能[2]。

但PZT基压电陶瓷烧结温度一般较高，而氧化铅的挥发温度为800℃左右，故烧结过程中容易造成氧化铅的大量挥发，Pb的挥发不但会造成化学计量比偏离，性能下降，并且严重污染环境[3]。因此，优化PZT压电陶瓷制备工艺，发展高性能、高可靠性、低成本的PZT压电陶瓷材料与器件具有重大意义。

1.实验方法

本实验选择位于准同型相界附近的Pb（Zr0.52Ti0.48）O3作为研究对象。以分析纯乙酸铅（Pb（H2COO）2・3H2O）、偏钛酸（TiO（OH）2）、碳酸锆（ZrOCO3）和草酸（C2H2O4・2H2O）为原料。

按化学式Pb（ZrxTi1-x）O3（0

2.结果与讨论

2.1 PZT粉体的热重量-差热分析

图1是PZT压电陶瓷粉末所测的TG-DTA图谱。

从图中可以看出，在室温到340℃范围内，随着PZT粉体中结晶水的蒸发以及草酸盐的分解，出现了一个明显的吸热峰，并伴有重量损失。当温度从340℃升到950℃，重量基本恒定，但在400℃、580℃、700℃和890℃附近分别有四个比较明显的放热峰，表明PZT粉体可能在这几个温度下生成晶相，结晶放出热量。而在1060℃左右又有一较强的吸热峰，而且重量在锐减，这表明 PZT 物质在吸热熔化，这为终烧温度提供了一个上限。

2.2 PZT粉体的物相分析

在制备PZT压电陶瓷时，选择合适的锆钛物质的量比至关重要，一般锆钛物质的量比的选择原则为使陶瓷的组成处于三方相和四方相共存的准同相界附近。

3.结论

（1）通过改进传统固相法，替换传统的氧化物原料，以乙酸铅、偏钛酸、碳酸锆及草酸为新原料低温制备得到处于准同型相界附近的PZT（PbZr0.52Ti0.4803）压电陶瓷。

（2）采用二次煅烧法，在750℃下预烧2h，再经950℃烧结2h，完全合成了单一晶型钙钛矿结构的PZT压电陶瓷，此烧结温度低于传统的温度（1200-1300℃），极大地降低能耗，减少Pb挥发，低碳环保。 [科]

【参考文献】

[1]Ma Yuan，Research and Preparation on the Low Temperature Sintering of PZT based Piezoelectric Ceramics[D].Shandong Institute of Light Industry，2009.

马元.低温烧结PZT基压电陶瓷的研究与制备[D].山东轻工业学院，2009.

[2]Xu Gang，RenZhaohui，Weng Wenjian，et al.Synthesis of Pb（Zr0.52Ti0.48）O3 （PZT） Powder by A Partial Lead Oxalate Coprecipiration Method[J]. Journal of Materials Science and Engineering，2005，23（4），480～483.

徐刚，任召辉，翁文剑，等.部分草酸铅法共沉淀合成Pb（Zr0.52Ti0.48）O3（PZT）粉体[J]，材料科学与工程学报，2005，23（4）：480～483.