材料科学与工程学院 周焕福 各种壓电材料的优缺点 压电单晶 优点：Q值较大有良好的温度特性。 缺点：制程困难 陶瓷压电材料 优点：抗酸碱，机电耦合系数高易制程任意形状。 缺点：温度系数大需高压极化处理(kV/mm)。 高分子压电材料 优点：低声学阻抗特性柔软可做极薄的组件。 缺点：压电参数小需極高的极化电场(MV/mm) 应用举例： 水声技术：水声换能器 超声技术：超声清洗、超声乳化、超声分散 高电压发生装置：压电点火器、引燃引爆、壓电变压器 电声设备：麦克风、扬声器、压电耳机 传感器：压电地震仪 压电驱动器 压电陶瓷的晶体结构： 1. 钙钛矿结构 2. 钨青铜型结构 3. 铌酸锂型结构 4. 铋层状结构 1. 钙钛矿结构 2. 钨青铜型结构 3. 铌酸锂型结构 4. 铋层状结构 §7-2 透明电光陶瓷 1. 什么叫透明陶瓷？ 2. 铁电陶瓷的电光特性 3. 常用电光陶瓷材料 4. 电光陶瓷工艺与要求 1. 什么叫透明陶瓷 具有多晶结构，但不是多相的陶瓷并且具有特殊的晶界，有相当高的透明度故称为透明陶瓷。（基本无气相瓷体密度接近或达到理论值，且经过表面研磨抛光）具有一定的光学性能（粒界为一层极其紧凑的，相当薄的过渡層）介于单晶与多晶之间的材料。 若透明的铁电陶瓷通过电场作用就可改变其光学性能称为透明电光陶瓷。 2. 铁电陶瓷的电光特性 光线茬介质中的传播速度是与介质的ε的平方根成反比。而铁电体中ε的大小可以通过外电场强度的控制来达到改变－→改变介质的折射率 设外加偏置电场为E0，折射率为n 由外电场引起晶体折射率的变化称为电光效应。 从本质上讲透明陶瓷的电畴状态决定光学性质，而电畴状態又受控于电场所以其光学性质是“电控 ”的，存在三种效应：电控双折射电控光散射，电控表面形变 1) 电控双折射 细晶陶瓷（≤2μm，电畴尺寸较小故畴壁对光的散射作用很弱，主要为双折射效应 外电场改变→Pr改变（Pr方向为光轴，PLZT极化后有统一的光轴）→双折射的變化→产生干涉现象因此，通过控制电场的变化借助于一定的装置，可使单色光产生从透过量最大到完全截止（消光）的变化 可制荿电控光阀，电控光谱滤色器 2) 电控光散射 粗晶陶瓷（＞2～3μm），电畴尺寸大畴壁对于横向（和畴壁切线相交的方向，不一定为畴壁的法向方向）入射光将产生明显的散射作用，因而使透过光消偏振掩盖了双折射效应。故外电场改变→电畴取向改变→控制光散射变化→光透过率变化 可制成电控光阀，图像储存和显示器件 3)?电控表面形变 与晶粒大小无关。 改变外电场→Pr的变化→表面处凹凸形变（电畴嘚局部反转→结晶轴向的局部改变）→电控表面形变 可制成图像储存，记忆等器件 P131 表5-11 PLZT瓷已达到商品化水平。 镧（La）在PZT中的固溶限较高故PLZT可制成系列电光性能不同的透明陶瓷。 1) 具有很高的致密度体积密度大于99%理论密度。（气孔是光散射中心） 2) 化学组成均匀（否则介電系数波动过大，导致光波的传播速度、折射率变化大） 3) 表面具有足够的光洁度（否则表面反射） 制备工艺要求： 1) 液相化学共沉法制PLZT（高纯、超细、化学计量比准确、化学组成均匀）； 2) 热压烧法（通氧热压烧结→高致密度，热等静压烧结）； 表面研磨→足够的光洁度 由於第三相的出现，使可供选择的组成范围更为宽广在PTZ中难以获得的高参数或难以兼顾的几种性能均可以较大程度地满足。 以Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-PbTiO3-PbZrO3系为例三鍺能完全固溶，且具有三种晶型富Zr区为三方铁电体FR，富Ti区为四方铁电体FT富Nb、Mg区为假立方铁电体FPC。随着Pb(Mg1/3Nb2/3)O3固溶量的增加在室温下将出现兩条准同形相界。实验发现当成分在准同形相界附近时都具有特别突出的压电性能。因此在PTZ系列中只有当Zr：Ti=53：47时的“一个点”附近可供選择而在PCM系列中当Zr：Ti=44~54整根准同形相界附近，都具有这种由于相重叠而引起的突出压电性能KP、ε特性出现不连续的成分比。 5.2.3三元系铅基壓电陶瓷 1. BaTiO3基 2. Bi0.5Na0.5TiO3基 3. 铌酸盐系 4. 铋层状结构 5.2.4 无铅压电陶瓷 压电陶瓷具有较大的机电耦合系数、转换效率高、形状和尺寸不受限制，工艺简单成本低廉。 声表面波器件对压电陶瓷的要求： 高致密度、小的气孔直径、小晶