Кристаллы цирконато-титанат свинца (PZT)

Цирконато-титанат свинца (PZT)

250KHz HIFU ceramics with Hole.jpg

Цирконато-титанат свинца (Pb[ZrxTi1-x]O3, PZT) представляет собой керамический пьезоэлектрический материал с перовскитной структурой, являющийся отраслевым стандартом для большинства пьезоэлектрических применений. Соотношение циркония и титана (Zr/Ti) в составе материала определяет его диэлектрические и пьезоэлектрические характеристики.

Ключевые технические параметры:

Высокие пьезоэлектрические коэффициенты (d33 = 150-810 пК/Н)
Большая диэлектрическая проницаемость (ε = 200-6000)
Значительный коэффициент электромеханической связи (k33 до 0,75)
Температура Кюри 180-650°C в зависимости от состава

Технологичность производства:

Возможность синтеза стандартными керамическими методами
Простота формования в изделия сложной геометрии
Хорошая воспроизводимость характеристик

Эксплуатационные характеристики:

Высокая механическая добротность (Qm > 500)
Устойчивость к деградации параметров
Широкий диапазон рабочих температур

Экономические факторы:

Относительно низкая себестоимость производства
Масштабируемость технологических процессов
Длительный срок службы изделий

Основные области применения:

1. Преобразователи энергии:

Ультразвуковые излучатели (частотный диапазон 20 кГц - 10 МГц)
Пьезоэлектрические двигатели и актуаторы
Энергогенерирующие устройства (energy harvesting)

2. Датчиковая техника:

Датчики давления и ускорения
Пьезоэлектрические микрофоны и гидрофоны
Вибрационные сенсоры

3. Электронные компоненты:

Резонаторы и фильтры
Пьезотрансформаторы
Микропозиционеры для точной механики

4. Медицинские применения:

Ультразвуковая диагностическая аппаратура
Пьезохирургические инструменты
Микродозирующие системы

Материал допускает модификацию свойств путем легирования (донорные - Nb5+, Ta5+; акцепторные - Fe3+, Mn3+) и создания композиционных структур.

Характеристики

Свойства	Обозначение	Единицы измерения	Пьезокерамика
Свойства	Обозначение	Единицы измерения	PZT-2	PZT-4A	PZT-4D	PZT-4E	PZT-5A	PZT-5B	PZT-5J	PZT-5H	PZT-5X	PZT-8
Диэлектрическая проницаемость	ε33 Τ/ ε0	—	500	1150	1300	1650	1800	2300	2800	3200	4400	1000
Коэффициент затухания (тангенс угла диэлектрических потерь)	—	%	0,4	0,5	0,5	0,5	1,5	1,5	1,3	1,1	1,5	0,2
Коэффициент электромеханической связи	Kp		0,54	0,58	0,6	0,62	0,62	0,62	0,65	0,72	0,72	0,53
	K33		—	0,69	0,71	0,7	0,71	0,72	0,71	0,76	0,78	0,68
	K31		—	0,33	0,33	0,35	0,34	0,35	0,38	0,4	0,4	0,34
Пьезоэлектрические модули	d33		30	300	320	400	450	480	550	640	700	250
Пьезоэлектрические модули	d31		—	-120	-145	-140	-175	-210	-258	-283	-322	-105
Электрические коэффициенты по напряжению	g33		39	23,5	31,7	24,5	28,2	24,5	20,7	21,1	19,1	31
Электрические коэффициенты по напряжению	g31		—	-11,5	-12,8	-10,5	-11	-10	-9,6	-9,3	-8,2	-11,9
Механическая добротность	Qm		1600	600	800	400	60	60	80	60	60	800
Частотные постоянные	N1		—	2050	2010	2015	2150	2100	2160	2200	2210	2050
	Np - планарная		—	2235	2180	2120	2020	1990	1900	1950	1975	2330
	N31		—	1600	1560	1650	1400	1420	1400	1400	1450	1670
Модуль Юнга	YE11		—	7,9	7,5	7,8	6	7,4	5,9	6	6,1	8,6
Модуль Юнга	YE33		—	6,6	6,2	6,4	5,3	5	4,8	4,3	4,3	7,1
Коэффициент Пуассона			0,32	0,33	0,35	0,3	0,35	0,35	0,35	0,34	0,35	0,33

Область применения

Смотрите также

LiTaO₃ Танталат лития

LiNbO₃ Ниобат лития

PZT цирконато-титанат свинца