压电陶瓷和铁电陶瓷区别

2022/07/02 分类:压电特陶百科铁电 1397 0

压电陶瓷和铁电陶瓷区别

压电陶瓷

压电陶瓷是一种能够将机械能和电能互相转换的信息功能陶瓷材料-压电效应，压电陶瓷除具有压电性外，还具有介电性、弹性等，已被广泛应用于医学成像、声传感器、声换能器、超声马达等。压电陶瓷利用其材料在机械应力作用下，引起内部正负电荷中心相对位移而发生极化，导致材料两端表面出现符号相反的束缚电荷即压电效应而制作，具有敏感的特性，压电陶瓷主要用于制造超声换能器、水声换能器、电声换能器、陶瓷滤波器、陶瓷变压器、陶瓷鉴频器、高压发生器、红外探测器、声表面波器件、电光器件、引燃引爆装置和压电陀螺等。

压电陶瓷是一类具有压电特性的电子陶瓷材料。与典型的不包含铁电成分的压电石英晶体的主要区别是：构成其主要成分的晶相都是具有铁电性的晶粒。由于陶瓷是晶粒随机取向的多晶聚集体，因此其中各个铁电晶粒的自发极化矢量也是混乱取向的。为了使陶瓷能表现出宏观的压电特性，就必须在压电陶瓷烧成并于端面被复电极之后，将其置于强直流电场下进行极化处理，以使原来混乱取向的各自发极化矢量沿电场方向择优取向。经过极化处理后的压电陶瓷，在电场取消之后，会保留一定的宏观剩余极化强度，从而使陶瓷具有了一定的压电性质。

常用的压电陶瓷有钛酸钡系、锆钛酸铅二元系及在二元系中添加第三种ABO3（A表示二价金属离子，B表示四价金属离子或几种离子总和为正四价）型化合物，如：Pb（Mn1/3Nb2/3）O3和Pb（Co1/3Nb2/3）O3等组成的三元系。如果在三元系统上再加入第四种或更多的化合物，可组成四元系或多元系压电陶瓷。此外，还有一种偏铌酸盐系压电陶瓷，如偏铌酸钾钠（Na0.5·K0.5·NbO3）和偏铌酸锶钡（Bax·Sr1-x·Nb2O5）等，它们不含有毒的铅，对环境保护有利。

工艺流程图如下：配料–混合磨细–预烧–二次磨细–造粒–成型–排塑–烧结成瓷–外形加工–被电极–高压极化–老化测试。压电陶瓷的制造特点是在直流电场下对铁电陶瓷进行极化处理，使之具有压电效应。一般极化电场为3～5kV/mm，温度100～150°C，时间5～20min。这三者是影响极化效果的主要因素。

主要用途声音转换器：拾音器、传声器、耳机、蜂鸣器、超声波探深仪、声纳、超声波探伤仪、超声波换能器等；压电引爆器；；防核护目镜；压电变压器；压电陶瓷点火器；压电打火机。

铁电陶瓷

具有铁电性的陶瓷。在低于居里温度时具有自发极化性能。陶瓷中具有许多电畴，铁电陶瓷的重要特征是其极化强度与施加电压不成线性关系，具有明显的滞后效应。由于这类陶瓷的电性能在物理上与铁磁材料的磁性能相似，因而称为铁电陶瓷。不一定以铁作为其主要成分。

常见的铁电材料属钙钛矿型结构，如BaTiO3、 PbTiO3、SrTiO3等。此外，钨青铜结构材料有PbNb2O6、Sr1-xBaxNb2O6、Ba2NaNb5O15等。焦绿石结构材料有Cd2Ta2O7、Pb2Nb2O7、Cd2Nb2O7等。层状氧化铋结构材料有Bi4Ti3O12、PbBi2Nb2O9等。通过固溶、离子代换和掺杂改性等获得实用的铁电氧化物陶瓷已达千种以上。非氧化物铁电陶瓷正在发展。可用于产生电容、压电、热敏、电致伸缩、电声、电光等效应，作为传感、驱动、存储、调制等器件的材料。

铁电陶瓷的特性决定了它的用途。利用其高介电常数，可以制作大容量的电容器、高频用微型电容器、高压电容器、叠层电容器和半导体陶瓷电容器等。利用其介电常数随外电场呈非线性变化的特性，可以制作介质放大器和相移器等。利用其热释电性，可以制作红外探测器等。此外，还有一种透明铁电陶瓷，例如氧化铅（镧）、氧化锆（钛）系透明陶瓷，具有电光效应（即其电畴状态的变化，伴随有光学性质的改变）。通过外加电场对其电畴状态的控制、产生电控双折射、电控光散射、电诱相变和电控表面变形等特性。可用于制造光阀、光调制器、光存贮器、光显示器、光电传感器、光谱滤波器、激光防护镜和热电探测器等。

压电陶瓷和铁电陶瓷差异：

压电晶体的结构是不具有对称中心，铁电晶体也具有压电性,它的晶体结构也不具有对称中心；铁电体一定是离子性晶体,是具有自发极化的一种压电体,但并不是所有的压电体都是铁电体.热释电体也是一种压电体,晶体结构同样不具有对称中心；温度变化可以引起极化强度改变,但不一定所有的压电体都是热释电体.

范围关系为电介质材料>压电材料>热释电材料>铁电材料。在压电晶体中，有十种点群的晶体具有唯yi单向极轴，存在自发极化，其电子自发极化还会随温度而变化，即具有热释电性，为热释电晶体。而在热释电晶体中，有若干种点群的晶体不但在其温度范围内具有自发极化，而且其自发极化的取向可通过外电场重新定向，即具有铁电性。显然具有铁电性的晶体必具有热释电性和压电性。

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