压电材料

基于锆钛酸铅(PZT)的压电材料

PI Ceramic提供多种基于改性锆钛酸铅(PZT)和钛酸钡的压电陶瓷材料。“软质”和“硬质”压电陶瓷的命名是指偶极或磁畴的移动性,因此也指极化和去极化特性。促动器应用中使用的是带小极性反转场强的铁电软质压电陶瓷。而铁电硬质PZT材料主要用于大功率声应学用中。此外,PI Ceramic还提供无铅压电陶瓷(目前专用作超声换能器)和晶体促动器材料。

就应用特有属性而言,促动器和换能器可采用特殊材料制造,尽管技术实施上必须另做检查。

材料属性的分类依据EN 50324欧洲标准。

软质压电材料

适用于压电促动器和传感器

即使在场强相对较小时,由于其典型的较高磁畴移动性, 铁电软质压电陶瓷材料也很容易被极化。软质PZT材料的优点是压电应变常数大、介电系数居中且耦合因子高。

 

应用

软质压电陶瓷的重要应用领域:促动器(用于微定位和纳米级定位)、传统振动探测器、超声波发射器和接收器等传感器(用于流量或标高测量、目标识别或监测)以及声音传感器、麦克风、乐器拾音器等电声应用。

材料特性及分类



PIC151PICA Stack/Thru促动器及压电管系列的标准材料
材料改性锆钛酸铅
特点                                                                                                                                                                                                                                                                 介电常数大、耦合因子大、压电应变常数大、居里温度相对较高
适用于                                                                                                                                                 促动器、低功率超声换能器、低频声换能器
基于EN 50324-1的分类600
MIL-标准DOD-STD-1376AII

PIC255PICA Power、DuraAct、PICA Shear及压电管系列的标准材料
材料改性锆钛酸铅
特点                                                                                                                                                                                                                                                                 居里温度极高、介电常数居中、耦合因子大、变形或应变常数大、机械品质因数小、温度系数小、极性反转场强较大(>1千伏/毫米)      
适用于                                                                                                                                                 动态操作条件和高环境温度下的促动器应用、低功耗超声波换能器、非共振宽带系统、力撷取及拾音传感器
基于EN 50324-1的分类200
MIL-标准DOD-STD-1376AII
PIC155
材料改性锆钛酸铅
特点                                                                                                                                                          居里温度极高、介电常数居中、机械品质因数小、温度系数小、灵敏度(g系数)高                                                                                        
适用于要求较大g系数(压电电压系数)的应用,例如带前置放大器的麦克风和拾振器、低频振动测量
基于EN 50324-1的分类200
MIL-标准DOD-STD-1376AII

PIC153PICA Stack/Thru系列专用执行器和胶合弯曲型促动器的材料
材料改性锆钛酸铅
特点                                                                           介电常数和耦合因子极大、应变常数大、185摄氏度左右的居里温度      
适用于水听器、医学诊断传感器及PZT转换器
基于EN 50324-1的分类600
MIL-标准DOD-STD-1376AVI

PIC152                                     
材料改性锆钛酸铅
特点带极小温度系数的介电常数                                                     
适用于力和加速度传感器                             
基于EN 50324-1的分类200
MIL-标准DOD-STD-1376AII

硬质压电材料

超声换能器的高性能材料

铁电硬质PZT材料可承受很高的电气和机械应力, 且在这些条件下,其特性几乎保持不变。 

此类材料的优点是其介电常数居中、压电耦合因子大、机械品质高以及高机械负载和大工作场强下良好的稳定性。介电损失小使其在共振模式中仍可持续使用,且元器件内部产生的热量很少。

应用

大功率声应用尤其得益于硬质压电材料的特性。应用领域包括超声波清洗(一般在千赫频率范围内)、材料机加工(超声波焊接、压焊、钻孔等)、超声波处理器(如用于喷洒液体介质)、医疗领域(超声波牙垢去除、手术器械等)和声纳技术。

材料特性及分类

 

PIC181                                     
材料改性锆钛酸铅
特点                                                                                        机械品质因数极大、介质和弹性常数具有良好的温度和时间稳定性         
适用于大功率声应用、共振模式超声应用
基于EN 50324-1的分类100
MIL-标准DOD-STD-1376AI

PIC184                                     
材料改性锆钛酸铅
特点                                                                                        机电耦合因子大、品质因数较大、良好的机电稳定性            
适用于大功率超声应用、水声学、声纳技术
基于EN 50324-1的分类100
MIL-标准DOD-STD-1376AI

PIC144                                     
材料改性锆钛酸铅
特点                                                                                    机电耦合因子大、品质因数大、良好的机电稳定性、抗压强度大
适用于                                                                                                       大功率超声应用、水声学、声纳技术
基于EN 50324-1的分类100
MIL-标准DOD-STD-1376AI

PIC241                                     
材料改性锆钛酸铅
特点                                                                                        机械品质因数大、比PIC181更大的介电常数                                                                                                       
适用于大功率声应用、压电电机驱动器                                                                           
基于EN 50324-1的分类100
MIL-标准DOD-STD-1376AI

PIC300                                     
材料改性锆钛酸铅
特点                                                                                        居里温度极高                                                                                                                                                               
适用于温度高达250摄氏度的应用(短时间内可达300摄氏度)                                                          
基于EN 50324-1的分类100
MIL-标准DOD-STD-1376AI

无铅压电材料

无铅压电材料迈向工业应用的第一步

随着PIC700和PIC701材料开始在实验室生产,PI Ceramic率先在市场上推出首批无铅压电陶瓷材料。两种材料均基于钛酸钠铋(BNT),并表现出与钛酸钡材料非常相似的特性。这些材料适用于兆赫范围内的超声波换能器以及声纳和水听器应用。

PIC700 
材料改性钛酸钠铋 
特点                                                                                       与传统PZT材料相比,其最高工作温度200可达摄氏度、密度低、厚度方向振荡的耦合因子大、介电常数和压电耦合因子小 
适用于超声换能器>1兆赫兹 
PIC701 
材质改性钛酸铋钠 
特点                                                                                                                                                                     与传统PZT材料相比,其最高工作温度200°C、密度低、厚度方向振荡的耦合因子大、介电常数和压电耦合因子小 
适用于超声波换能器>1 MHz 

改性钛酸钡铅

由于钛酸钡铅的居里温度高达150摄氏度,因此主要用于声纳技术和某些治疗性超声医学应用。作为最早可以工业化生产的压电陶瓷之一,改性钛酸钡铅目前仅主要用于维护旧产品。PI Ceramic可应要求生产改性的钛酸钡铅。


材质说明

数据表

材质说明

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系数与温度的关系

电容C的温度曲线

纵向振荡的谐振频率fs的温度曲线

横向振荡的耦合因子k31的温度曲线

压电应变常数d31的温度曲线

具体特点

以PZT陶瓷PIC255为例的热特性

热应变在极化方向和垂直于极化的方向表现出不同的特性。 非极化压电陶瓷元件具有各向同性。膨胀系数在温度系数约为2 × 10-6 /K时近似呈线性。 极化的PZT压电体中磁畴的择优取向导致各向异性,这是热膨胀特性变化的原因所在。 应用中必须考虑连续温度变化的影响, 曲线上较大的变化更容易在首个温度循环中发生。 对于不同的材料,其曲线可能与所示曲线有较大偏差。

材料PI Ceramic公司A公司B公司C公司D公司E公司F公司G
软质PZTPIC151Sonox P515600PZT5J系列NCE56K500
软质PZTPIC152Sonox P502NCE53PZ23
软质PZTPIC153855Sonox P535700PZT5H1、PZT5H2NCE55PZ29K550
软质PZTPIC155
软质PZTPIC254Sonox P504
软质PZTPIC255850Sonox P55500PZT5A系列NCE51、NCE51fPZ27、P188K350
硬质PZTPIC144840Sonox P45400PZT400NCE40、NCE41PZ26、P762K270
硬质PZTPIC181880Sonox P8、P885800PZT800系列NCE80、NCE81PZ28、P189K278
硬质PZTPIC184840Sonox P45400PZT400系列NCE40PZ26、P762K270
硬质PZTPIC300Sonox P6



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