PZT压电陶瓷介绍和测试方法.ppt

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1、PZT 压电陶瓷介绍和测试方法压电陶瓷介绍和测试方法Prepared by:Wenjie Zhuang主要内容主要内容q基本知识介绍y压电材料y压电效应y压电式传感器工作原理、技术参数及等效模型qHSA PZT 压电陶瓷应用介绍y组成架构及工作原理yPZT 不良背景介绍y测试方法推荐基本知识介绍基本知识介绍q压电材料压电材料y定义x在外力作用下产生电流，或反过来在电流作用下产生力或形变的一种功能材料 y类别y参数类类 别别材材 料料 成成 分分特特 性性 石英晶体单晶体、水晶（人造、天然）SiO2d11=2.3110-12C/N，压电系数稳定，固有频率稳定承受压力700-1000Kg/cm2压

2、电陶瓷人造多晶体钛酸钡、PZT钡、铌酸盐系 压电系数高 d33=19010-11C/N品种多、性能各异 新型压电材料压电半导体压电特性半导体特性集成压电传感器有机高分子压电材料质轻柔软、抗拉强度高、机电耦合系数高压电常数压电常数压电常数压电常数弹性常数（刚度）弹性常数（刚度）弹性常数（刚度）弹性常数（刚度）介电常数介电常数介电常数介电常数机电耦合系数机电耦合系数机电耦合系数机电耦合系数电阻电阻电阻电阻居里点居里点居里点居里点压电效应强弱：灵敏度压电效应强弱：灵敏度压电效应强弱：灵敏度压电效应强弱：灵敏度固有频率、动态特性固有频率、动态特性固有频率、动态特性固有频率、动态特性固有电容固有电容固有

3、电容固有电容、频率下限、频率下限、频率下限、频率下限机电转换效率机电转换效率机电转换效率机电转换效率泄漏电荷、改善低频特性泄漏电荷、改善低频特性泄漏电荷、改善低频特性泄漏电荷、改善低频特性丧失压电性的温度丧失压电性的温度丧失压电性的温度丧失压电性的温度基本知识介绍基本知识介绍q压电材料压电材料yPZT 压电陶瓷（锆钛酸铅陶瓷）-压电效应x用锆、钛、铅的氧化物配制后烧结而成。一般采用双模结构（压电陶瓷片+金属振动片）xP-“Pb”（铅元素），Z-“Zr”（锆元素），T-“Ti”（钛元素）x 特点具有显著的介电、压电和铁电特性PZT铁电厚膜兼有块状材料和薄膜的优点，可在低压和高频条件工作压电厚膜微

4、致动器作为磁记录行业的首选材料，被用来解决硬盘驱动器磁头精确定位的难题x应用范围：机械能电能相互转换类传感器电极电极电极电极基本知识介绍基本知识介绍q压电效应压电效应y正压电效应：外界应力作用下（机械能），表面产生电荷（电能）y逆压电效应：外加电场作用下（电能），一定方向产生机械形变或机械压力电能电能机械能机械能正压电效应正压电效应逆压电效应逆压电效应 极化方向F 极化方向电场方向正压电效应正压电效应正压电效应正压电效应逆压电效应逆压电效应逆压电效应逆压电效应形变后的状况形变后的状况形变后的状况形变后的状况形变前的状况形变前的状况形变前的状况形变前的状况电能电能机械能机械能电能电能机械能机械能

5、基本知识介绍基本知识介绍q压电传感器工作原理压电传感器工作原理y是以某些电介质的压电效应为基础，在外力作用下，在电介质的表面上产生电荷，从而实现非电量测量y表现形式压电介质压电介质压电器件压电器件压电器件压电器件受力、表面形变受力、表面形变受力、表面形变受力、表面形变电荷电荷电荷电荷基本知识介绍基本知识介绍q等效模型等效模型y正压电效应和逆压电效应等效模型如下：x正压电效应：F（应力或形变）输入-QU（电量或电压）x逆压电效应：QU（电量或电压）输入-F（应力或形变）输出正压电效应：正压电效应：正压电效应：正压电效应：Q=d33*F d33 d33 为压电参数为压电参数为压电参数为压电参数 ：

6、压电材料把机械能转变为电能或把电能转变为机械能的转换系数，它为反映力学 量(应力或应变)与电学量(电位移或电场)间相互耦合的线性响应系数 测量仪器：测量仪器：测量仪器：测量仪器：ZJ-3AN型准静态d33测量仪 压电介质压电介质电压输出电压输出压力输入压力输入F应力输入电压输出正压电效应应力输入电压输出正压电效应应力输入电压输出正压电效应应力输入电压输出正压电效应压电介质压电介质电压输入电压输入形变输出形变输出电压输入形变输出产生逆压电效应电压输入形变输出产生逆压电效应电压输入形变输出产生逆压电效应电压输入形变输出产生逆压电效应基本知识介绍基本知识介绍q等效电路等效电路y静电发生器或绝缘介质平

7、板电容器：外部机械硬力作用下，电极两端产生极性相反电量相等的电荷 QQ电极电极电极电极压电晶体压电晶体Ca压电传感器压电传感器压电传感器压电传感器机械应力机械应力机械应力机械应力 F F+_ _ _ _ _形变时电极会形变时电极会形变时电极会形变时电极会产生异性等量产生异性等量产生异性等量产生异性等量电荷电荷电荷电荷等效等效等效等效静电发生器静电发生器静电发生器静电发生器电容器电容器电容器电容器电极电极电极电极QCaUaCa电压等效模型电压等效模型电压等效模型电压等效模型电荷等效模型电荷等效模型电荷等效模型电荷等效模型FQ=U*C压电常数压电常数压电常数压电常数 d dHSA PZT 压电陶瓷

8、应用介绍压电陶瓷应用介绍qHSA（磁头悬臂装置）结构及功能介绍（磁头悬臂装置）结构及功能介绍yPZT元件作用是利用其高压电常数特性，使读写磁头发生水平位移，从而使HSA 水平旋转和精确寻轨HSA PZT HSA PZT 结构切片示意图结构切片示意图结构切片示意图结构切片示意图HSA PZT HSA PZT 结构示意图结构示意图结构示意图结构示意图PZT PZT 元件元件元件元件U U 型刚体型刚体型刚体型刚体PZT PZT 元件元件元件元件环氧胶环氧胶环氧胶环氧胶环氧胶环氧胶环氧胶环氧胶U U 型刚体型刚体型刚体型刚体U U 型刚体型刚体型刚体型刚体HSA HSA HSA HSA 压电微压电微压电微压电微制动器制动器制动器制动器交变电压交变电压PZT 元件元件HSA电荷变化电荷变化位移变化位移变化精确寻轨精确寻轨悬臂弹性区悬臂弹性区悬臂刚性区悬臂刚性区滑块滑块压电微制动器压电微制动器压电微制动器压电微制动器音圈电机音圈电机音圈电机音圈电机HSA HSA HSA HSA 系统架构系统架构系统架构系统架构HSA PZT HSA PZT HSA PZT HSA PZT 工作原理工作原理工作原理工作原理HSA PZT 压电陶瓷应用介绍压电陶瓷应用介绍qPZT 不良背景介绍不良背景介绍Page 11The End