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压电材料及其性能(二)
来源: | 发布日期:2022-11-09

③锆酸钾钠(Na0.5K0.5NbO3)压电陶瓷。铌酸钾钠具有低的介电常数,高的频率常数和高的切变耦合系数k15,它适用于制作切变振动模式的换能器,特别是在高频范围(10〜 100MHz)具有显著的优势。其性能参数分别为:密度ρ为14. 46 X 103kg/m3,居里温度Tc为420°C,机电耦合系数kp为0.46,频率常数Nt为2570Hz・m,介质损耗tanδ为1.4%,机械品质因数Qm为240。这种无铅陶瓷不污染环境,是发展方向之一。


④偏铌酸铅(PbNb2O6)压电陶瓷。偏铌酸铅压电陶瓷的第一个特点是能够经受接近居里点(57O°C)的高温而不会严重的去极化,第二个特点是具有很低的机械品质因数Qm,它有大的d33/d31的值,纵向机电耦合系数k33远大于横向机电耦合系数是k31和平面机电耦合系数kp,可得到单纯的厚度振动模式,可用于工业测厚和医用超声,对静水压有较高的响应,特别适宜制作宽带耐高温和耐高静水压的换能器。国产偏铌酸铅压电陶瓷的性能为kt= 0.39,kP<0.1,ε33 /ε0 =270, tanδ=2. 2%,Qm= 13 ,ρ=6. 0g/cm3


⑤锆钛酸铅(PbTiO3-PbZrO3)压电陶瓷。锆钛酸铅压电陶瓷简称PZT,它是PbTiO3 和PbZrO3固溶体为基的组成物,其居里点在300〜400°C范围,在较大的温度范围内性能都比较稳定,作为换能材料,其压电效应是显著的。为了满足不同的需求,可通过调整其配比来满足性能要求,例如以Nb5+置换Ti4+、Zr4+,或以La2+置换Pb2+可提高机电耦合系数、电容率和柔性常数,同时会增加tanδ和直流电阻率,还能减小老化率(PZT-5系列),若用钙、锶或钡置换部分的铅,用锡置换锆,可使居里点降低,电容率增大(例如 PZT-4)。


⑥偏铌酸铅钡(Pb0.6Ba0.4Nb2O3)压电陶瓷。偏铌酸铅钡为二元系压电陶瓷,其居里温度为260°C,密度为5. 9X103kg/m3,kp为0.38,k33为0.22,比电容率03  /ε0为1500, 介质损耗tanδ为1%,压电应变常数d33为220X10-12C/N,d31为一90X 10-12C/N,压电电压常数 g33为一16. 6X10-3V • m/N,频率常数Nt为1915Hz·m,弹性柔顺系数04为11. 5X10-12m2/N,机械品质因数Qm为250。


⑦铌镁酸铅-锆钛酸铅[Pb(Mg1/3Nb2/3) O3-PbTiO3-PbZrO3]系压电陶瓷。铌镁酸铅-锆钛酸铅压电陶瓷是目前使用较多的压电陶瓷,它是由铌镁酸铅[Pb(Mg1/3Nb2/3) O3 、锆钛酸铅PbTiO3-PbZrO 3和钛酸铅(PbTiO3)组成,烧结温度较低,烧结时氧化铅挥发少,陶瓷气孔少,高密度、晶粒细,可制成高均匀致密器件。因为它具有高机电耦合系数,较大的压电应变常数和压电电压常数,所以在医疗超声领域中得到广泛应用。晶界的利用是压电陶瓷发展的倾向之一。国产铌镁酸铅-锆钛酸铅压电陶瓷已得到广泛应用,它的一些性能参数为:kp= 0.64,kt=0.51, Qm = 60,03 /ε0=2400。主要成分为0. 375Pb ( Mg1/3Nb2/3 ) O2-0. 375PbTiO3-0. 25PbZrO3的配方中以取代元素或添加物改性,可改变材料的性能参数,以满足各种不同的需求。



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