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压电陶瓷


压电陶瓷特性参数




1) piezoelectric ceramics (压电陶瓷)

(1)大位移量,高弹性模量压电陶瓷材料及多层微位移驱动器,主要应用于微位移驱动领域,如激光陀螺稳频系统,激光陀螺抖动轮系统,光纤陀螺绕环,卫星微位移驱动平台,3D打印喷头系统,军用车发动机控油阀门喷射系统等。

材料参数

PZT-5A

PZT-5B

压电应变常数d33

650 pC/N

750 pC/N

介电常数

3300

4800

弹性模量γ11E

5.95×1010 N/m2

6.10×1010 N/m2

居里温度Tc

260

190

  (2)低损耗,大功率压电陶瓷材料,作为核心部件应用于水声换能器系统,并配套国防用压电电机,应用于导弹羽翼自动调节机构,军用望远镜自动调焦,武器装备自动瞄准及跟踪等领域。

材料参数

PZT-4

PZT-8

压电应变常数d33

330 pC/N

270 pC/N

介电常数

1450

1100

介电损耗tanδ

0.20%

0.15%

弹性柔顺系数S11E

13 pm2/ N

12 pm2/ N

居里温度Tc

320

300




压电陶瓷元件的多种设计









压电材料分类为功能性陶瓷。在传感器中,它们可将力、压力和加速度转换为电信号,在声波和超声波传感器与启动器中,它们可将电压力转换为振动或形变。压电陶瓷按照化学成分和特定应用情况分类。:

  • 用于电力转换器的材料(超声波应用)
  • 用于传感器的材料(超声波发射器和接收器)
  • 用于启动器的材料(精确定位或注入系统)
  • 用于特殊应用的材料

使用导电粘合剂、导电橡胶、弹簧触点或通过焊接可实现金属化压电陶瓷的接触。



压电陶瓷特性选择


电力转换器 传感器 启动器
  Power transducers  Sensors Actuators
相对介电常数ε?? τ/ε0 Relative permittivity ε?? τ/ε0 1,000 – 1,300 1,500 – 1,850 1,800 – 3,800
损失因子tanδ Loss factor tan δ 2x10?3-3x10?3 2x10?3-20x10?3 15x10?3-16x10?3
频率常数Np Frequency constant Np 2,210 – 2,280 2,020 – 2,050 1,960 – 2,010
KHz?mm KHz?mm
耦合系数kP Coupling factor kP 0.55 – 0.57 0.59 – 0.62 0.65
充电常数 d?? Charge constant d?? 240 – 310 390 – 450 475 – 680
10?12 C/N 10?12 C/N
电压常数g?? Voltage constant g?? 26.9 – 27.1 26.9 – 33.1 20.2 – 28.5
10?3 Vm/N 10?3 Vm/N
弹性合格S??ε Elastic compliance S??ε 11.4 – 14.9 16.3 – 18.5 15.8 – 17.9
10?12 m2/N 10?12 m2/N
弹性刚度C??? Elastic stiffness  C??? 15.9 – 16.2 14.5 – 15.8 14.7 – 15.2
101?N/m2 101?N/m2
密度g / cm2 Density g/cm2 7.65 – 7.70 7.65 – 7.80 7.70 – 7.83
质量Qm Quality Qm 500 – 1,000 60 – 90 75 – 80
老化率Cε,% Aging rate Cε, % -4.5 to -3.0 -2.3 to -0.3 - 1.6 to -0.8




压电陶瓷具有多种用途。压电陶瓷用于汽车行业的多个应用,如震动和油液位传感器,或用于精确控制引擎注入工艺的启动器。在医疗技术中,体外冲击波碎石仪、霉斑去除设备和吸入器中可找到压电陶瓷元件。机械工程的常见应用包括超声波清洗、超声波焊接和主动减震。乐器簧片或压电燃气点火器是压电技术在消费类应用中的示例。