常用的压电陶瓷材料为非“石英”或“单晶”材料,而是由PZT(Pb铅, Zr 锆,Ti 钛)制成的复合氧化物,该复合物比石英表现出较好的压电和机电转换性能。
PZT 配方随着掺杂比例改变而使陶瓷材料表现出不同性能以满足不同应用需求。当然,不是所有想要的特性都可以通过一个复合材料来实现,压电机械在一定程度上是“好的折中体”即某一方面性能比较好而另一方面可能会差一些,因此在特定的应用需选择适合的材料。
压电陶瓷为铁电混合物
压电陶瓷是铁电混合物,这就意味着产生位移时的电机转换过程与材料内部重组自身增强过程相关。这个自身增强的过程使得压电陶瓷比其他材料如石英具有较强的压电效应。结构重组产生摩擦导致能量损失。当结构重组被阻碍或者低温时,能量损失也会随之降低。
铁电结构重组的PZT表现出非线性,电压/位移的迟滞特性,静电容量随着驱动条件而改变;复杂的弹性表现(柔顺度与力平衡)取决于结构改变的程度。文献中通常尽力去缩小这种复杂采用近似线性计算,代价则是理论和实践一致性问题。
智能材料当前状况
对于稳定的致动需求,PZT 始终是广泛应用的智能材料,其他具有更强的应变能力的材料一直在研究中,现有的“创新”材料对于通常的驱动条件都有非常明显的缺陷。但研发新材料在陶瓷行业会一直持续深入的进行。
PZT材料参数测定条件
PZT材料参数表给出的数值通常是在低电场驱动下测得的,此时非线性表现不明显。事实上,高电场加载在PZT致动器,会引起非线性反应增强(铁电效应)以及参数的改变。压电陶瓷材料供应商通常会提供所测得的各项参数供使用者参考。这个参数通常是在室温条件下测得的。
PZT材料分类
压电陶瓷常用的材料为:PZT-2、PZT-4、PZT-5A、PZT-5H、PZT-8 ,每个类型都有具有独有的特性。
PZT-2:除了介电常数更低之外,与PZT-4或PZT-5A相比没有其他优势。因此PZT-2的应用范围相对较窄。
PZT-4 :主要用于高功率声辐射传感器,因其在高电压驱动下的反退极化能力强、介电损耗低以及在机械力作用下反退极化能力强等优点,使其更适用于深浸式声学传感器,或者作为致动器用于发电器等。
PZT-5A:由于其在升高的温度下阻抗高、灵敏度高以及稳定性高等特点,产品主要用于水听器或者精密仪器。
PZT-5H:灵敏度以及介电常数高于PZT-5A,其他性能与PZT-5A相似,但是居里温度明显低于PZT-5A,因此其使用温度稳定性受到一定的限制。
PZT-8:与PZT-4相似在高电场驱动下介电损耗低。推荐用于需要比PZT-4更高功率处理能力的应用。
芯明天压电陶瓷产品材料归类?
PZT-5H:芯明天常用的叠堆共烧型压电陶瓷主要采用的压电材料为PZT-5H,敏感度高,性能可靠。
由压电陶瓷作为基础元件的其他产品如:压电纳米定位台、压电物镜定位器、压电偏转镜、快速刀具定位器、压电偏转台等产品主要是采用以上高性能叠堆型压电陶瓷作为驱动源。
PZT-5A:芯明天的压电陶瓷片、叠堆压电陶瓷,高压压电陶瓷、压电纤维片,压电陶瓷剪切片、压电弯曲片、2D压电陶瓷等压电产品主要采用的压电材料为PZT5-A,压电纤维片也可选择PZT-5H进行定制。
PZT-4、PZT-8、PZT-5:芯明天单层压电陶瓷产品,包括压电陶瓷片、压电陶瓷管、压电陶瓷环,压电陶瓷柱等产品可以根据需求选择PZT-4、PZT-8 或PZT-5等压电材料。
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