常用压电材料的性能特点

压电材料应该具有以下特点：压电系数大；机械强度高、刚度大，固有振荡频率高；电阻率高，介电常数大；居里点高；温度、湿度和时间稳定性好。常用的压电材料有石英晶体和钛酸钡、锆钛酸铅压电陶瓷及PVDF新型材料等。

1.石英晶体

石英晶体是常用的压电材料。石英晶体的特性是各向异性的。为了利用石英的压电效应进行力-电转换，需将晶体沿一定方向切割成晶片。

石英晶体最显著的优点是它的介电常数和压电系数的温度稳定性好，适于做温度范围很宽的传感器。压电元件的性能与压电系数、介电常数和电阻率三个参数密切相关，而这几个参数都与温度有关。石英晶体的机械强度很高，可承受约108Pa的压力，在冲击力作用下漂移也很小，弹性系数较大。所以可用来测量大量程的力和加速度。

2.铌酸锂晶体

铌酸锂（LiNbO3）是无色或略带浅黄绿色的透明晶体，铌酸锂晶体是人工拉制的，像石英那样也是单晶体，其时间稳定性远比多晶体的压电陶瓷好，居里点高达1210℃，适于做高温传感器。这种材料各向异性很明显，比石英脆，耐冲击性差，故加工和使用时要小心谨慎，避免用力过猛或骤冷骤热。

3.压电陶瓷

用作压电陶瓷的铁电体都以钙钛矿型的BaTiO3、Pb（Zr·Ti）O3、（NaK）NbO3、Pb TiO3等为基本成分。将原料粉碎、碾磨成型、通过1000℃以上的高温烧结得到多晶铁电体。制作工艺简便、耐湿、耐高温，在检测技术、电子技术和超声等领域中有广泛的应用。(www.xing528.com)

（1）钛酸钡压电陶瓷。钛酸钡压电陶瓷是由碳酸钡和二氧化钛按1∶1摩尔比的比例混合经烧结得到的，其压电系数、介电常数和电阻率都很高，抗湿性好，价格便宜。但其居里点为120℃，机械强度差，可以通过置换Ba2＋和Ti4＋以及添加杂质等方法来改善其特性。在含Ca或Ca和Pb的Ba TiO3陶瓷得到广泛的应用。

（2）锆钛酸铅系压电陶瓷（PZT）。PZT是由Pb TiO3与Pb Zr O3按47∶53的摩尔分子比组成的，居里点在300℃以上，性能稳定，具有很高的介电常数与压电系数。PZT的出现，增加了许多Ba TiO3不具有的功能。用加入少量杂质或适当改变组份的方法能明显地改变机电耦合系数、介电常数等特性，得到满足不同使用目的的不同性能的PZT材料。

（3）铌酸盐系压电陶瓷。铌酸盐系压电陶瓷是以铌酸钾KNbO3和铌酸铅Pb NbO2为基础的。

铌酸铅居里点为570℃，介电常数较低，在铌酸铅中用钡或锶代替一部分铅，可引起性能的根本改变，获得的铌酸盐系压电陶瓷具有较高的机械品质因素。

铌酸钾居里点为480℃，特别用于作10～40MHz的高频换能器。

压电陶瓷具有明显的热释电效应。所谓热释电效应是某些晶体除了由于机械应力的作用而引起的电极化（压电效应）之外，还可由温度变化而产生电极化。用热释电系数来表示该效应的强弱，它是指温度每变化1℃时，在单位重量晶体表面上产生的电荷密度大小。

压电陶瓷的压电系数一般比石英晶体高几百倍，而制造成本低得多，并且具有良好的工艺性，可以方便地加工成各种所需要的形状，因此压电元件大多数都采用压电陶瓷。