作者单位
摘要
1 太原理工大学土木工程学院, 太原 030024
2 中铁三局集团投资有限公司, 太原 030001
为监测在役混凝土结构在使用过程中的内部缺陷程度变化并定位缺陷位置, 本文探索一种基于应力波的探测方法并进行试验研究, 将压电传感器(PZT)以阵列形式安装在混凝土表面, 将混凝土划分为不同区域, 阵列中的一个传感器发射波, 另一个传感器接收波, 采用扫频模式和五峰值脉冲模式对混凝土不同区域进行监测。试验结果表明, 当应力波通过待监测区域时, 由于混凝土内部存在缺陷, 应力波幅值衰减, 波能降低。为了量化混凝土结构内部缺陷程度, 构造基于接收信号的能量指数和损伤指数, 并分别建立其与缺陷程度的函数关系, 依据不同区域能量指数和损伤指数差异, 确定混凝土内部缺陷存在的区域。试验结果与试件实际情况相吻合, 验证了本文采用压电传感器监测混凝土内部缺陷的可行性。
压电传感器 应力波 混凝土结构监测 内部缺陷 信号能量分析 时域分析 piezoceramics transducer stress wave concrete structure monitoring internal defect signal energy analysis time domain analysis 
硅酸盐通报
2023, 42(1): 111
南博 1,2臧佳栋 3陆文龙 3杨廷旺 3[ ... ]张海波 1,2,*
作者单位
摘要
1 1.华中科技大学 材料科学与工程学院, 材料成形与模具技术国家重点实验室, 武汉 430074
2 2.广东华中科技大学 工业技术研究院, 东莞 523808
3 3.深圳市基克纳科技有限公司, 深圳 518100
压电陶瓷是一种可以实现机械信号和电信号相互转换的功能陶瓷。由压电陶瓷与有机相构成的复合材料具有不同的宏观连接方式, 这不仅决定了压电器件广泛的应用场合, 而且推动了压电陶瓷材料和器件多样化的成型技术发展。与传统成型技术相比, 增材制造技术的最大优势在于无需模具即可实现外形复杂的小批量样品快速成型, 这与多样化的压电陶瓷及其器件研发需求十分契合, 同时因其样品后续加工量少、原材料利用率高、无需切削液的特点, 得到了学术界和工业界的广泛关注。在陶瓷材料增材制造领域, 功能陶瓷和器件的研究仍在增长期。本文从不同增材制造技术角度, 探讨和对比现阶段无铅和含铅压电陶瓷增材制造的发展历史、原料制备、外形设计、功能特性检测及试样的应用, 并根据现阶段各增材制造技术的优、劣势对其未来进行了展望。
增材制造 含铅压电陶瓷 无铅压电陶瓷 功能特性 综述 additive manufacturing lead-based piezoceramics lead-free piezoceramics functional property review 
无机材料学报
2022, 37(6): 585
作者单位
摘要
1 1. 济南大学 材料科学与工程学院, 济南 250022
2 2. 惠州学院 广东省电子功能材料与器件重点实验室, 惠州 516001
钙锆共掺钛酸钡陶瓷(BCZT)具有优异的介电性能和压电性能, 是一类具有发展潜力的无铅压电陶瓷, 但其压电性能仍无法与铅基陶瓷媲美。为提高压电性能, 本研究对陶瓷材料进行Sn元素掺杂改性((Ba0.85Ca0.15)- (Ti0.9Zr0.1-xSnx)O3, x=0.02~0.07))。晶体结构分析证实所有组分的陶瓷无杂相, 处于正交相与四方相两相共存状态, 并具有较大的c/a; 显微结构分析发现所有陶瓷都很致密, 且平均晶粒尺寸随着Sn含量的增加而增大。当x=0.04时, 陶瓷最致密, 且室温处于准同型相界附近, 因此拥有最佳的电学性能: d33=590 pC•N -1, kp=52.2%, tanδ=0.016, ε T33=5372, d *33=734 pm•V -1, IR=57.8 GΩ•cm。本研究表明: Sn掺杂的BCZT基无铅压电陶瓷具有优异的压电性能, 有望在换能器、机电传感器和驱动器等方面得到应用。
(BaCa)(TiZr)O3基无铅压电陶瓷 Sn掺杂 准同型相界 晶粒尺寸效应 (BaCa)(TiZr)O3 based lead-free piezoceramics Sn doping morphotropic phase boundary grain size effect 
无机材料学报
2022, 37(5): 513
作者单位
摘要
1 浙江清华长三角研究院, 先进陶瓷材料与器件研究中心, 浙江 嘉兴 314006
2 佛山(华南)新材料研究院, 广东 佛山 528200
3 桐乡清锋科技有限公司, 浙江 嘉兴 314501
4 清华大学材料学院, 新型陶瓷与精细工艺国家重点实验室, 北京 100084
5 乌镇实验室, 浙江 嘉兴 314500
高性能环境友好型(K,Na)NbO3(KNN)基无铅压电陶瓷是国际上功能陶瓷的重要科学前沿和技术竞争焦点之一。优异的压电性能及其温度稳定性、抗疲劳特性、力学性能以及制备工艺重复性等综合性能是KNN基陶瓷有望得以广泛应用的重要前提, 而这些性能与KNN基陶瓷的多层次结构紧密相关。本工作从多层次结构调控的角度出发, 总结了KNN基陶瓷压电性能与其温度稳定性、抗疲劳特性、力学性能、制备工艺重复性研究等方面的研究进展以及KNN基陶瓷的应用技术研究进展。最后, 就KNN基无铅压电陶瓷的未来发展进行展望。
无铅压电陶瓷 铌酸钾钠 多层次结构 钙钛矿 lead-free piezoceramics potassium sodium niobate multiscale structures perovskite 
硅酸盐学报
2022, 50(3): 587
Author Affiliations
Abstract
Southern Federal University, No. 194 Stachky Ave, Rostov-on-Don 344090, Russia
In this paper, a comprehensive study of microstructure/properties interrelations for porous piezoceramics based on PZT composition was performed. Experimental samples of porous piezoceramics were fabricated using a modified method of burning-out a pore former. Porosity dependencies of elastic, dielectric, piezoelectric and electromechanical coefficients of the porous ceramics in the relative porosity range 0-50% were obtained and analyzed. As a result of microstructure analysis, it was found that at any connectivity type (3–0, 3–3) and porosity up to 50% the real structures of porous piezoceramics were close to the matrix medium structure with continuous piezoceramic skeleton. It was also revealed that the microstructural features of porous piezoceramics define the character of the dependences of the dielectric, piezoelectric and electromechanical properties of porous piezoelectric ceramics on porosity. In conclusion, microstructure/properties interrelations, as well as new applications of porous piezoceramics were discussed.In this paper, a comprehensive study of microstructure/properties interrelations for porous piezoceramics based on PZT composition was performed. Experimental samples of porous piezoceramics were fabricated using a modified method of burning-out a pore former. Porosity dependencies of elastic, dielectric, piezoelectric and electromechanical coefficients of the porous ceramics in the relative porosity range 0-50% were obtained and analyzed. As a result of microstructure analysis, it was found that at any connectivity type (3–0, 3–3) and porosity up to 50% the real structures of porous piezoceramics were close to the matrix medium structure with continuous piezoceramic skeleton. It was also revealed that the microstructural features of porous piezoceramics define the character of the dependences of the dielectric, piezoelectric and electromechanical properties of porous piezoelectric ceramics on porosity. In conclusion, microstructure/properties interrelations, as well as new applications of porous piezoceramics were discussed.
Porous piezoceramics microstructure piezoceramic skeleton electromechanical properties 
Journal of Advanced Dielectrics
2022, 12(2): 2160006
Author Affiliations
Abstract
Southern Federal University, No. 194 Stachky Ave, Rostov-on-Don 344090, Russia
In this paper, the results of experimental study of dispersion characteristics of complex electromechanical parameters of ferroelectrically “hard” porous piezoceramics based on PZT composition were presented. Experimental samples of porous piezoceramics were fabricated using a modified method of burning-out a pore former. The complex constants of porous piezoceramics with relative porosity 16% and their frequency dependences were measured using the piezoelectric resonance analysis method. As a result of experimental studies, regions of elastic, piezoelectric and electromechanical dispersion, characterized by anomalies in the frequency dependences of the imaginary and real parts of the complex constants of porous piezoelectric ceramics were found. It was revealed also that the microstructural features of porous piezoceramics determine the character of frequency dependences of complex electromechanical parameters of porous piezoelectric ceramics. In conclusion, the microstructural and physical mechanisms of electromechanical losses and dispersion in porous piezoceramics were discussed.In this paper, the results of experimental study of dispersion characteristics of complex electromechanical parameters of ferroelectrically “hard” porous piezoceramics based on PZT composition were presented. Experimental samples of porous piezoceramics were fabricated using a modified method of burning-out a pore former. The complex constants of porous piezoceramics with relative porosity 16% and their frequency dependences were measured using the piezoelectric resonance analysis method. As a result of experimental studies, regions of elastic, piezoelectric and electromechanical dispersion, characterized by anomalies in the frequency dependences of the imaginary and real parts of the complex constants of porous piezoelectric ceramics were found. It was revealed also that the microstructural features of porous piezoceramics determine the character of frequency dependences of complex electromechanical parameters of porous piezoelectric ceramics. In conclusion, the microstructural and physical mechanisms of electromechanical losses and dispersion in porous piezoceramics were discussed.
Porous piezoceramics microstructure dispersion losses complex electromechanical constants 
Journal of Advanced Dielectrics
2022, 12(2): 2160004
张静 1,2,3李正权 2褚涛 1,2李慧琴 1,2[ ... ]郭亚雄 3
作者单位
摘要
1 中国振华集团新云电子元器件有限责任公司,贵州 贵阳 550025
2 贵州振华红云电子有限公司, 贵州 贵阳 550025
3 贵州大学 材料与冶金学院, 贵州 贵阳 550025
以Pb(Ni1/3Nb2/3)O3-Pb(Zr0.41Ti0.59)O3(PNN-PZT)为基础体系, 通过对烧结助剂x%CuO(质量比)和y%LiBiO2(质量比)的质量进行调节, 对陶瓷样品的相结构、微观组织形貌及电学性能进行了分析, 阐述了助烧剂对陶瓷样品性能的影响。结果发现, 在温度940~960 ℃下陶瓷烧结成瓷, 且晶粒长大较充分。当x =0.2, y =1时, 陶瓷样品的电学性能最优, 即此时压电常数d33 =608 pC/N, 机电耦合系数kp=0.65, 介电损耗tan δ =2.19%, 介电常数εr=3 843。采用烧结助剂质量比x=0.2,y=1的粉体制备7 mm×7 mm×36 mm的叠层压电驱动器, 然后进行微观组织形貌和位移特性研究。叠层压电驱动器断面微观结构表明, 电极层与陶瓷层粘接紧密, 无裂缝或间隙产生。位移的测试结果表明, 随着电压的增加, 位移也在逐渐增加, 在驱动电压为150 V时, 其最大位移为46.280 μm, 位移增大的同时, 迟滞逐渐降低。
叠层压电陶瓷 烧结助剂 低温共烧 PNN-PZT PNN-PZT stacked piezoceramics sintering aids low-temperature co-fire 
压电与声光
2022, 44(4): 502
周治 1,*王艺颖 1周华将 1雷丽勤 1[ ... ]陈渝 1,2
作者单位
摘要
1 成都大学机械工程学院, 成都 610106
2 四川大学, 深地科学与工程教育部重点实验室, 成都 610065
针对新一代声波测井仪器对其核心元件压电陶瓷兼具高居里温度、高压电系数以及高稳定性要求的迫切需求, 本文采用传统的固相反应-无压烧结技术制备了一种0.06BiYbO3-0.94Pb(Zr0.48Ti0.52)O3(BY-PZT)三元系压电陶瓷, 并研究了四种氧化物掺杂对其微观结构及电学性能的影响。由XRD和SEM表征可知所有样品均呈纯四方相钙钛矿结构, 掺杂Cr2O3的样品平均晶粒尺寸最大。介电温谱和谐振频谱研究证实四种氧化物掺杂均能提高其介电性能的温度稳定性。掺杂La2O3的样品介电常数温度系数(Tkε)最低, 掺杂MnO2的样品机械品质因素(Qm)最高, 而掺杂CeO2的样品抗热退极化性能最好。高温复阻抗(Cole-Cole图)分析表明, Cr2O3掺杂能够显著提高BY-PZT陶瓷的高温电阻率, 陶瓷在高温下的电导行为主要由晶界响应控制。综合来看, 掺杂La2O3的样品兼具高居里温度(TC=397 ℃)和高压电系数(d33=290 pC/N), 并且在300 ℃退火4 h后d33仍能保持在270 pC/N左右, 有望在极限工作温度为300 ℃的高温压电器件中获得应用。
压电陶瓷 氧化物掺杂 温度稳定性 压电性能 热退极化 介电性能 BY-PZT BY-PZT piezoceramics oxide doping temperature stability piezoelectric property thermal depoling dielectric property 
硅酸盐通报
2022, 41(3): 1020
作者单位
摘要
大连交通大学 机械工程学院, 辽宁 大连 116028
为研究超声悬浮轴承的静、动态承载特性, 设计了一种压电陶瓷驱动的全包围结构超声悬浮轴承。分析了气体挤压膜润滑承载机理,在等温隔热条件下, 根据牛顿流体的气体动力学理论, 建立了描述轴承启动阶段及支撑回转体稳定旋转阶段气膜压力的静、动态雷诺方程。采用有限差分法并利用MATLAB自定义函数的功能, 对超声悬浮轴承的静态及动态承载力进行了数值计算。为验证理论计算的正确性, 通过轴承样机自悬浮实验验证轴承悬浮特性的理论计算结果, 得出在其谐振频率下, 相同结构尺寸及悬浮参数的轴承静态承载力理论计算值与测量值之间的误差为8.33%; 在挤压数为100, 2~5 μm合理初始间隙下, 动态悬浮力理论计算值与实验测量值相吻合。考虑样机结构特性引起的能量转换误差及实验环境因素影响, 误差在合理允许范围之内, 验证了理论分析及计算的正确性,对超声悬浮轴承的理论研究及设计具有一定的指导意义。
超声悬浮轴承 压电陶瓷 挤压气膜 承载力 ultrasonic levitation bearing piezoceramics squeezed film bearing capacity 
光学 精密工程
2019, 27(5): 1103
作者单位
摘要
上海理工大学 光电信息与计算机工程学院,上海200093
为实现低频率,高强度的振动能量回收和利用,提出一种基于压电流体耦合作用的压电晶片式液压发电装置。通过理论分析设计结构,采用直径60 mm,厚度1.6 mm的压电晶片以及直径16 mm,高度50 mm的液压缸制作样机,用水作为工作介质,测试了装置在不同激励频率、激励电压、系统背压及加载质量等条件下的电压输出情况。试验结果表明:当激励频率(工作频率)在27 Hz左右时,该压电晶片式液压发电装置的输出电压达到最大,且在一定的范围内,发电装置输出电压随着激励电压、系统背压及加载质量的增加而增加,验证了液压-压电发电的可行性。
振动 压电陶瓷 液压-压电 发电装置 vibration piezoceramics piezo-hydraulic generator 
光学仪器
2014, 36(4): 352

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