PBiF-8型三元系大功率发射型压电陶瓷材料通过鉴定

十一月三日,在广州市总工会主持下,由广州市职工电子超声研究所研制的一种新型的三元系大功率发射型压电陶瓷材料通过了鉴定,有来自江苏、湖北及广东等省的专家学者近80人参加了该鉴定会。在听取了研制报告、测试报告及使用报告等之后,鉴定委员会进行了认真的研究讨论,一致通过如下鉴定意见。     

宏声声学器材厂生产压电陶瓷材料

河北省保定市宏声声学器材厂（原化新压电陶瓷器件厂）生产的PMN压电材料，其配方于1987年通过了由声学专家组成的省级技术鉴定．这是一种高KP，高介电常数，低Q。的压电材料，适用于接收型换能器．该厂目前已形成PMN、PZT等四大系列产品的生产能力：1．用P（ZTNU七；压电材料制造的油田声波测井YTG－l－7型高温测井压电陶瓷换能元件，测井时可发射、接收并用，从室温到20OC高温，机电转换率的变化率＜6％．2．用于接收的PMN压电材料及FTD蜂鸣片产品，适用于仪器仪表，传感器，电话机及讯响器．3．大功率发射型材料PZT－8，适…     

功率型压电陶瓷的分类及研究进展综述

功率型压电材料是大功率换能器及压电变压器等的核心功能材料,广泛应用于声纳系统、超声检测、振动控制及其它机电设备等。尽管其组成和制备方法与其他压电材料类似,但特定的使用目的对功率型压电材料提出了特殊的综合性能要求。本文基于对功率型压电陶瓷材料组成的分类归纳,综述了该材料的性能特点、国内外研究进展,并对现存问题和应用前景进行了论述。     

同时发射和接收纵波和横波的压电复合材料换能器

通过控制压电复合材料中压电相的分布形式，本文具有在百度模振动的１－３型压电复合材料和具有扭转模振动的拼接２－２型压电复合材料组合在一起，构成一种混俣模式压电材料，并测试了这种压电材料晶片的性能参数，使用这种晶片作的换能器可以根据使用者的要求，单独产生纵波或横波，也可同时产生这两种波。     

扭转压电复合材料及其应用

本文描述了轴向－切向连通的圆柱２－２型压电复合材料。用ＰＺＴ／环氧树脂制作的普通２－２型压电复合材料可拼接成一种具有扭转振动的压电复合材料。这种压电复合材料和为圆柱２－２型压电复合材料的近似。本文还给出两组这种拼接型压电材料晶片的参数，用这种压电材料制作了产生扭转振动的换能器，测试了换能器的波形，频谱特性和偏振特性，指出了使用适当的高通滤波器可以抑制横波中的径向模，分析了接收波列中纵波抑制较强的原     

高温压电材料、器件与应用

作为重要的功能材料,压电材料已经在国民经济的多个领域里有着重要应用.随着现代工业的快速发展,特别是新能源、交通和国防工业的高速发展,功能材料的应用已经从常规使用转向极端环境下的服役.本文综述了具有高居里点的压电材料,包括钙钛矿型压电陶瓷、铋层状结构氧化物压电陶瓷、钨青铜结构压电陶瓷以及非铁电压电单晶等;介绍了其晶体结构特征和高温压电性能、最新研究进展,并列举了一系列的高温压电器件和应用,包括高温压电探测器、传感器、换能器和驱动器等.另外,本文总结了高温压电材料的热点研究问题,并展望了今后的发展方向.     

双激励全波长压电陶瓷超声换能器工作特性分析

对由两个半波长夹心式压电陶瓷换能器级联而成的双激励全波长压电陶瓷超声换能器进行了研究,给出了这种换能器优值的相关参量表达式,通过数值计算分析了该换能器的结构和材料参数对其特性的影响。研究结果表明,当两组压电陶瓷堆分别位于各自所在半波长换能器的位移节点,或者在压电陶瓷片数量确定情况下两组压电陶瓷堆的片数相同时,换能器均能得到最大的优值;在相当大的范围内增加压电陶瓷片的数量,换能器的优值稍有降低,但力因子迅速增大;金属块材料对换能器的优值影响甚微。可见双激励全波长换能器能在不明显降低换能器综合性能的情况下有效增加压电陶瓷的体积,因而可大幅提高换能器的功率容量和负载能力,更适用于大功率重负载的场合。      

压电复合材料及其在换能器中的应用

本文评述了压电复合材料的性能、特点和研究概况,对这种新型压电材料在水听器及其他换能器方面的应用作了较多介绍。     

压电管堆式宽带换能器*

研究了一种具有管状叠堆结构的圆管换能器,其敏感元件是由纵向极化压电陶瓷单元组成的薄壁管状压电叠堆,探讨利用管状叠堆纵向和径向振动耦合实现宽带发射。利用压电柱壳振动理论推导了管堆的频率方程,分析了换能器的纵向和径向模态的振动耦合特性。在理论分析的基础上利用有限元方法对换能器的带宽和发射电压响应进行优化并研制换能器样机。测试结果表明,纵向极化的管状压电叠堆结构具有良好的发射电压响应和宽带特性,与理论及仿真结果相符。     

铁电阴极材料压电系数在电子发射过程中的实验规律

 作为一种新型功能材料，铁电阴极材料的研究日益受人们重视。对铁电材料进行电子发射试验时，偶然观测到材料压电系数随着电子发射次数的增多，其数值大小渐次先由高降低至零，然后又开始反向增大并逐渐稳定于某一绝对值,该绝对值略小于预极化初始值，而在这变化过程中，材料的电子发射电流密度基本恒定。对此进行重复验证以及系统考察发现，压电系数的这种变化规律，为铁电材料电子发射时所普遍遵循，这为铁电电子发射的机理研究探索又提供了一种新的实验现象。     

厚度模压电超声换能器无源声学材料研究进展*

厚度模压电超声换能器作为超声波发射、接收以及电信号间转换的载体,是超声成像与检测系统的核心器件,一般由压电层、匹配层和背衬层3部分组成。超声换能器的性能一定程度上决定着整体超声设备的性能,影响了其在工业、医学、军事等领域的应用。该换能器的关键性能指标(带宽、灵敏度)除了受到压电层的影响,还与匹配层、背衬层等无源声学材料的设计密切相关。该文综述了近年来厚度模压电超声换能器无源声学材料(匹配层、背衬层和声透镜)的研究进展,提出了当前该类材料面临的难题和解决途径,并对其未来发展方向进行了展望。     

铌酸钾钠基无铅压电陶瓷纵振换能器*

高性能环境友好型无铅压电陶瓷及其应用是当前压电材料研究的热点之一,为了探究其在水声换能器领域的应用潜力,该文对铌酸钾钠基无铅压电陶瓷和锆钛酸铅压电陶瓷纵振式换能器进行了对比研究。依据仿真结果优化结构尺寸,制作了两种换能器样机并测试了其在空气中和水中的电声性能。测试结果表明,铌酸钾钠基无铅压电陶瓷换能器的谐振频率为35kHz,最大发送电压响应为 151dB,声源级可达 190dB,在 26kHz~67kHz 的频率范围内发送电压响应的起伏不超过±4.5dB,谐振频率处-3dB 的指向性开角约为 76°。该无铅压电陶瓷换能器具有和锆钛酸铅压电陶瓷换能器相当的发射性能,有望推动无铅压电材料在水声换能器领域的应用进程。     

1-3型压电复合材料

1－3型压电复合材料是目前研究和应用得比较广泛的一种压电材料．本文简述了这种压电复合材料的理论模型、制作方法和实验结果；指出除了圆形PZT压电材料所具有的径向模和厚度模以外，1－3型压电复合材料还具有横向结构模．本文介绍了这种压电复合材料的特点，如低声阻抗、低介电常数、高静水压压电常数以及PZT相分布的可控制性等．这些特点有利于改善压电复合材料换能器的时间响应和空间响应．     

非线性工作状态压电换能器匹配技术

针对压电换能器在大功率下存在复杂非线性而导致匹配参数难以优化的问题,以大功率超声金属焊接为例,通过采集测试焊接过程换能器两端电压的幅值与频率,建立换能器反谐振电阻与驱动电压有效值、频率之间的数学模型;提出基于反谐振电阻模型的最优功率匹配方法,推导了匹配电感电容的计算公式。最后实验验证了数学模型的准确性,且当换能器输入功率在最优功率附近时,匹配网络电能传输效率最高。     

低声阻抗复合压电陶瓷的研究及应用

本文研究了我们所配制夹心结构复合压电材料低声阻抗的特性。实验表明，夹心复合压电陶瓷材料的声阻抗，与所用陶瓷材料的种类，气孔率，孔径，样品厚度以及工艺制备过程有关。实验证明，研制特定阻抗的材料是可行的，最后，用研制的新材料成功地应用于混凝土、Ｃ／Ｃ复合材料等非金属材料的超声检测中。     

用锥状厚压电片换能器的测量

在工业无损评价(NDE)及医学超声成像中,为提高纵向分辨率,希望超声换能器具有窄脉冲宽频带的特性,为此,有人用高阻抗、高衰减材料做为压电晶体的背衬,用作匹配吸收体。也有人采用厚的压电晶体制做换能器,利用其远离共振频率的非谐振状态工作,但上述方法存在一些不足,如换能器径向模的振动,粘接层的影响等。作者提出了一解决问题的方法,即厚片锥状压电换能器,其工作在非共振状态,同时作用面积小。     

几种压电陶瓷在极化时声发射特性研究

压电陶瓷是多畴压电材料,在极化之前从宏观上看并不显压电性;通过在直流电场中的极化可以使其电畴作定向排列,从而使陶瓷显压电性.采用声发射技术监测压电陶瓷极化时有无声发射产生和声发射的情况,可以掌握压电陶瓷在极化过程中电畴的动态特性;这对于研究压电陶瓷的电畴结构和极化工艺将是有益的。     

高频宽带嵌套式复合材料换能器*

研制了一种嵌套式高频宽带复合材料换能器,利用1-3型压电复合材料Q值较低、频带较宽的特点,采用组合式的结构拓展换能器的工作带宽。通过切割框型压电陶瓷、灌注环氧树脂得到压电复合材料框型敏感元件,再将不同厚度的框型敏感元件沿轴向嵌套从而制成多层嵌套的压电复合材料敏感元件。建立1-3型压电复合材料中压电小柱的等效电路,根据等效电路计算出压电小柱的谐振频率,并与1-3型压电复合材料的谐振频率理论计算结果进行对比。通过ANSYS软件对敏感元件结构进行仿真,并根据仿真结果确定了敏感元件的最佳设计方案。最终制作出的换能器进行水下测试,该换能器的谐振频率为310kHz,最大发送电压响应为188.5dB,-3dB带宽可达130kHz,接收灵敏度最大可达-186.8dB,-3dB带宽可达90kHz,谐振频率处-3dB的指向性开角约为2.4°。该嵌套式敏感元件可实现换能器宽带发射与接收声波的目标。     

随钻声波测井圆弧状压电阵子的有限元分析*

圆弧状压电阵子是随钻声波测井仪发射换能器的核心部件。利用有限元法对圆弧状压电阵子进行了设计分析,结果表明20 kHz以下频率范围内主要存在弯曲振动模态及径向振动模态,且径向振动模态能够满足随钻声波单极测量模式的工作频率要求。针对径向振动模态,数值模拟了几何尺寸对压电阵子声学性能参数的影响。圆弧状压电阵子的谐振频率随着陶瓷片厚度的增大而升高;随着陶瓷片高度、半径及张开角的增大而降低。圆弧状压电阵子的最大发射电压级幅值随着陶瓷片厚度、张开角的增大而降低;随着半径的增大而升高;随着陶瓷片高度的增大,最大发射电压级幅值先升高后逐渐降低。以外径为6.75 in的钻铤为例,最优化设计了圆弧状压电阵子的尺寸,使其满足钻铤模式波隔声阻带中心频率的要求,同时保证了压电阵子具有最大发射电压级。数值模拟结果可以对随钻声波测井仪发射换能器设计起到良好的指导作用。     

Y型夹心式压电超声变压器的设计

提出了Y型夹心式压电超声变压器,基于耦合振动理论和力电类比原理,建立了变压器的机电等效电路模型,推导得到了其共振/反共振频率方程、电压增益和功率增益表达式。通过等效电路法、有限元仿真和实验研究了该变压器的功率传输特性和机电转换特性。结果表明,在共振模式下, Y型夹心式压电超声变压器的输入机电阻抗最小,电压增益和功率增益最大,有望作为双通道压电变压器应用于电子领域。