PZT压电陶瓷介绍和测试方法及相关设备

PZT压电陶瓷介绍和测试方法及相关设备

关于PZT压电陶瓷介绍和测试方法及相关设备我们在这里详细的论述了相关材料设备，我们在这里采用ZJ-3型精密D33测试仪，PZT-JH10/4型压电测试仪，ZJ-PY15型压电压片机，JKZC-YDZK03A型压电阻抗分析仪，TDZT-04C型铁电测试仪这些基础研究设备。这些是建立基础压电材料的重要设备，是组建先进材料试验室的设备之一。

一、基本知识介绍

压电材料压电效应

压电式传感器工作原理、技术参数及等效模型HSA PZT压电陶瓷应用介绍

组成架构及工作原理

PZT不良背景介绍测试方法推荐

类别	材料	成分	特性
石英晶体	单晶体、水晶 （人造、天然）	SiO2	d11=2.31X10-12C/N, 压电系数稳定，固有频率稳定承受压力700-1000Kg/cm2
压电陶瓷	人造多晶体	钛酸钡、PZT 钡、铌酸盐系	压电系数高d33=190X10-11C/N品种多、性能各异
新型压电材料	压电半导体	压电特性 半导体特性	集成压电传感器
	有机高分子 压电材料		质轻柔软、抗拉强度高、 机电耦合系数高

参数：

压电常数 —— 压电效应强弱:灵敏度

弹性常数(刚度) —— 固有频率、动态特性

介电常数 —— 因有电容、频率下限

机电耦合系数 —— 机电转换效率

电阻 —— 泄漏电荷、改善低频特性

居里点 —— 丧失压电性的温度

基本知识介绍:

1、压电材料：

定义

在外力作用下产生电流，或反过来在电流作用下产生力或形变的一种功能材料。

基本知识介绍:

压电材料

PZT压电陶瓷(错钛酸铅陶瓷）---压电效应

用错、钛、铅的氧化物配制后烧结而成。一般采用双模结构（压电陶瓷片+金属振动片)P-->"Pb”(铅元素)，Z-->"Zr”(错元素)，T-->"Ti”（钛元素)

特点

-具有显著的介电、压电和铁电特性

-PZT铁电厚膜兼有块状材料和薄膜的优点。可在低压和高频条件工作

-压电厚膜微致动器作为磁记录行业的首选材料，被用来解决硬盘驱动器磁头精确定位的难题

二、基本知识介绍:

压电效应：

正压电效应:外界应力作用下（机械能），表面产生电荷（电能)

逆压电效应:外加电场作用下（电能），一定方向产生机械形变或机械压力

基本知识介绍：

压电传感器工作原理

是以某些电介质的压电效应为基础，在外力作用下，在电介质的表面上产生电荷，从而实现

非电量测量

表现形式：

基本知识介绍

等效模型

正压电效应和逆压电效应等效模型如下:

正压电效应:F(应力或形变)输入--->QU（电量或电压>

递压电效应:QU《电量或电压）输入--->F(应力或形变》输出

d33为压电参数，压电材料把机械能转变为电能或把电能转变为机械能的转换系数z韦为区

正压电效应:Q=d33F

d33为压电参数，压电材料把机械能转变为电能或把电能转变为机械能的转换系数z韦为区吃d学mi最〔应力或应变)与电学量(电位移或电场)间相互耦合的线性响应系数

测量仪器:ZJ-3型准静态d33测量仪(中科院声学所)

ZJ-3型准静态D33测量仪的主要技术参数：

  d33测量范围：

★ ×1挡：10到2000pC/N，20 至4000pC/N，可以升级到10000PC/N.
★×0.1挡： 1到200pC/N，2 至400pC/N。

★可以配套PZT-JH10/4/8/12型压电极化装置使用

★可以配套ZJ-D33-YP15压电压片机使用
误差：×1挡：±2%±1个数字，当d33在100到4000pC/N；

★计量标定标准样尺寸：18mm*0.8mm，老化时间：2-3年（评判压电测试仪准确性能的重要依据之一）
±5%±1个数字，当d33在10到200pC/N；
×0.1挡：±2%±1个数字，(当d33在10到200pC/N)
±5%±1个数字，当d33在10到20pC/N。
分辨率：   ×1挡：1 pC/N；×0.1挡：0.1 pC/N。
尺寸：施力装置：Φ110×140mm；仪器本体：240×200×80mm。
重量：施力装置：约4公斤；    
仪器本体：2公斤。
电源：220伏，50赫，20瓦。

★补充参数:

频带宽度	DC～7MHz
Y偏转系数	10mV/div～5V/div, 分9档
X偏转系数	0.2μS/div～0.1S/div, 分18档
X扩展	×2
触发源	内、外、电视场
同步方式	自动、触发
有效显示面	6div×10div(1div=0.6cm)
使用电源	AC 220V/50Hz
外形尺寸	240B×100H×300Dmm
重量	3kg

基本知识介绍

等效电路

静电发生器或绝缘介质平板电容器:外部机械硬力作用下，电极两端产生极性相

反电量相等的电荷

反电量相等的电荷等效电路

PZT-JH10/4型压电极化装置主要技术参数：

1. 能够同时极化1-4片试样

2. 安全可靠，温度补偿快、恒温精度高

3. 每路当漏电流超过规定值时，都具有切断保护功能，不影响其它样片的极化，其它回路可按正常极化时间完成极化。

4. 任意夹持样品尺寸为3-40mm片方型或是圆型试样

5.工作电源：AC220V  50/60HZ

6.额定功率：2.0kw

*7.压电材料极化或耐压测试：DC：0-10KV（±5％+2个字）连续可调

8.总电流：10mA

9.每路切断电流：0.5mA

10.加热时间：可以自动设定

11.加热元件 ：优质电阻丝

*12.1次测试试样数量:可加载1-4片试样

13.额定温度 ：≤180℃

14..最高温度 ：200℃

15.控温方式 ：智能化恒温控制（进口表），多段程序可控

PZT压电陶瓷应用介绍

(磁头悬臂装置)结构及功能介绍

PZT元件作用是利用其高压电常数特性，使读写磁头发生水平位移，从而使HSA水平旋转和精确寻轨

铁电测试仪主要技术参数：

TDZT-04C 型铁电性能综合测试系统是最新一代铁电材料参数测试仪适用于铁薄膜、铁电体材料（既可块体材料）的电性能测量，可测量铁电薄膜电滞回线、I—V特性及开关特性，可精确地测出具有非对称电滞回线铁电薄膜的Pr值。可测铁电体材料的电滞回线及I—V特性。

主要技术指标：
1.输出信号电压：：薄膜：0～±10V 陶瓷、材料：0～±2000V
2.输出信号频率：薄膜材料1-1000HZ，陶瓷：0-1Hz
3.电容范围：1000nf～ 100nf, 精度: ≤1%。
4.电流范围: 1nA～10A ,精度: ≤1%。

5、测试样品：0-20mm  5个

6、高压样品池：2个，一个封闭式：8CM*6CM 一个开放式：8CM*5CM

7、三维移动薄膜测试平台：直立式探针一套，角度式探针一套

8、电流：1-10倍放大，信号：1-20倍。.数据结口：USB或BNC接口。

9. 数据采集分析软件： 能画出铁电薄膜的电滞回线，定量得到铁电薄膜材料的饱和极化Ps、剩余极化Pr、矫顽场Ec、漏电流等参数;可以进行铁电薄膜材料的铁电疲劳性能、铁电保持性能的测试，电阻测量，漏电流测量。

10.可以配合ZJ-3和ZJ-6型压电测试仪操作系统