原材料在很大程度上,可决定压电陶瓷元件性能参数的高低,对工艺的顺利进行有重要影响因此,对所用元材料的性能必须有所了解,选择原材料必须符合经济合理的原则。
压电陶瓷所用的各种原料,一般都是各种金属氧化物,有时也采用各种钛酸盐,锆酸盐,锡酸盐,铁酸盐和碳酸盐等。 目前压电陶瓷生产上所用的各种原材料,具有很强的地方性,原材料的质量往往随产地和批号的不同而有很大的区别和差异。严重影响了生产质量的稳定性。因此掌握原材料质量对产品性能的影响,进而在生产中预以有效的控制,对确保产品的质量有很大的现实意义。与电磁变压器相比,这具有体积小,质量轻,功率密度高,耐击穿,耐高温,不怕燃烧,无电磁干扰和电磁噪声,且结构简单、便于制作、易批量生产,在某些领域成为电磁变压器的理想替代元件等优点。
原材料中含有各种各样的杂质,对压电陶瓷元件的不同型号,配方的作用和影响也各不相同。所以应区别对待,对具体情况需具体分析。对产品性能和工艺过程敏感的原料应选择较高的纯度;总的来说,压电陶瓷材料所用的原材料可以分为化工原料和矿物原料二大类。与原料的化学性质相近,能形成置换式固溶体的杂质的含量可以略高;对那些能使晶格发生严重畸变的杂质,或者能在晶体中产生自由电子和空穴的“施主杂质”和“受主杂质”以及变价过渡元素{SiO2}的含量必须严格控制,有时这类杂质即使只有0.1wt%就会使物理性能严重恶化而完全失去使用阶值。如K+,Na+,等卤族元素将使铁电,压电陶瓷材料的绝缘电阻显著降低,使极化时容易击穿,损耗增大,介电常数和机电耦合系数Kp下降,其总含量控制在0.01%以下。一般来说,在制作PZT压电陶瓷元件中,二氧化钛,二氧化锆可采用工业级材料,它们的纯度均能达到98%以上。实际生产中原材料的主成分含量都是采用化学分析方法测定,杂质含量则常在已有经验基础上采用半定量的光谱分析,必要时也可进行x射线衍射分析和电子探针微区分析。
但是,压电晶体的生产是强污染行业(发达国家均将其转换到不发达国家来生产),其生产过程中的环节比较多,成品率比较低。生产出的晶体尽管几何尺寸一致,但声-电转换时的一致性比较差,这是因为压电材料是各向异性的,压电特征是材料各向异性特征的反映,人工各向异性材料中的细小差别均能够导致其总体的声-电或电-声转换特征的一致性相差比较大。这主要根据下述三个因素来决定:1杂质的类型可分为有害与有利两种。
另外,换能器的动态电特征与其振动模态关系比较密切,某个频率附近的电参数还取决于其机械振动模态。
发明了基于调控载流子类型和浓度的多元素协同掺杂组成设计方法,以及行星球磨制备片状颗粒粉体技术,将铋层状结构CaBi4Ti4O15压电陶瓷的压电系数d33提高了以上、温度变化率≤3%(室温~480℃),高温电阻率提高了2个数量级,达到109W×cm (@480℃),处于国际水平,解决了材料高温电阻率低和温度稳定性差的关键技术难题,应用于482℃高温压电振动传感器。压电陶瓷的特性和性能指标直接影响机械结构和控制系统的设计,因而急需对其性能有明确的阐述。