我們(men)所知道(dao)的ZJ-3型壓(ya)電(dian)測試儀原理(li)及(ji)材(cai)料(liao)參(can)數(shu)及(ji)壓(ya)電(dian)方程式(shi)

我們所知道(dao)的壓電(dian)材(cai)料(liao)參(can)數(shu)及(ji)壓(ya)電(dian)方程式(shi)

  采用精(jing)密ZJ-3型靜壓(ya)電(dian)測試儀，和PZT-JH10/4型(xing)壓(ya)電(dian)極(ji)化裝(zhuang)置(zhi)

壓電(dian)材(cai)料(liao)的(de)參(can)數(shu)及(ji)壓(ya)電(dian)方程

壹、壓(ya)電(dian)方程

對於(yu)壓電(dian)材(cai)料(liao)的(de)性(xing)能，我們(men)有(you)以(yi)下(xia)四(si)個(ge)方面的考(kao)慮(lv)：

1、壓電(dian)材(cai)料(liao)是(shi)彈(dan)性(xing)體，它(ta)在力學(xue)效應上服從胡克定律，即應力τ和應變(bian)e之間(jian)服從彈(dan)性(xing)關系(xi)：τ=ce 或 e=sτ式(shi)中c為彈(dan)性(xing)模(mo)量(liang)，又稱(cheng)彈(dan)性(xing)剛度常(chang)數(shu)或彈(dan)性(xing)勁度(du)常(chang)數(shu)，表示(shi)物(wu)體產(chan)生(sheng)單位應變(bian)所需的(de)力(li)；s為彈(dan)性(xing)順從系(xi)數(shu)，又稱(cheng)彈(dan)性(xing)柔順常(chang)數(shu)，表示(shi)材(cai)料(liao)的(de)應力與應變(bian)之間(jian)的關(guan)系(xi)並(bing)且(qie)s=1/c

上述(shu)關系(xi)式(shi)的物(wu)理意(yi)義是：在彈(dan)性(xing)限度內，彈(dan)性(xing)體的應力與應變(bian)成正比(bi)。

2、壓電(dian)材(cai)料(liao)是(shi)鐵(tie)電(dian)體，它(ta)在電(dian)學(xue)效應中，其電(dian)學(xue)參(can)數(shu)-電(dian)場(chang)強度(du)E和電(dian)位移(yi)強(qiang)度D之間(jian)服從介(jie)電(dian)關系(xi)式(shi)：E=βD 或 D=εE，式(shi)中ε為(wei)電(dian)容率(lv)，又(you)稱(cheng)介(jie)電(dian)常(chang)數(shu)（單位：法(fa)/米），它(ta)反映(ying)材(cai)料(liao)的(de)介(jie)電(dian)性(xing)質(zhi)，對(dui)壓(ya)電(dian)體則反映(ying)其極(ji)化性(xing)質(zhi)，與(yu)壓(ya)電(dian)體附(fu)上電(dian)極(ji)所構成的電(dian)容有(you)關(guan)，即(ji)電(dian)容C=εA/t，式(shi)中A為兩(liang)極(ji)板相(xiang)對(dui)面積，t為兩(liang)極(ji)間(jian)距離或者(zhe)說是(shi)壓電(dian)晶(jing)片(pian)的(de)厚度，因而(er)與壓(ya)電(dian)體的(de)電(dian)阻抗(kang)有(you)關。介(jie)電(dian)常(chang)數(shu)ε常(chang)用相(xiang)對(dui)介(jie)電(dian)常(chang)數(shu)εr表示(shi)，其值等於(yu)同(tong)樣(yang)電(dian)極(ji)情況(kuang)下(xia)介(jie)質(zhi)電(dian)容與(yu)真(zhen)空(kong)電(dian)容之比(bi)：

εr=C介(jie)/C真(zhen)空(kong)=ε介(jie)/ε真(zhen)空(kong) （ε真(zhen)空(kong)=8.85x10-2法/米）

β為介(jie)電(dian)誘導系(xi)數(shu)，又稱(cheng)介(jie)電(dian)隔(ge)離率，它(ta)表(biao)示(shi)電(dian)介(jie)質(zhi)的(de)電(dian)場(chang)隨電(dian)位移(yi)矢量(liang)變(bian)化的(de)快(kuai)慢(man)，並且β=1/ε，不過(guo)這個(ge)系(xi)數(shu)壹般(ban)較(jiao)少(shao)使用。

上述(shu)介(jie)電(dian)關系(xi)式(shi)的物(wu)理意(yi)義就是：當(dang)壹個(ge)電(dian)介(jie)質(zhi)處(chu)於(yu)電(dian)場(chang)E中時(shi)，電(dian)介(jie)質(zhi)內(nei)部(bu)的(de)電(dian)場(chang)可以用(yong)電(dian)位移(yi)D表示(shi)。

3、壓電(dian)材(cai)料(liao)在磁學(xue)效應中有：B=μH，式(shi)中B為磁(ci)感應強度，H為磁(ci)場(chang)強度(du)，μ為(wei)磁(ci)導率(lv)

4、壓電(dian)材(cai)料(liao)在熱(re)學(xue)效應中有：Q=φσ/ρc，式(shi)中Q為熱(re)量(liang)；φ為溫(wen)度；σ為(wei)熵(shang)；ρ為介(jie)質(zhi)密度；c為材(cai)料(liao)比(bi)熱(re)。

對於(yu)壓電(dian)體，我(wo)們(men)通(tong)常(chang)不考(kao)慮(lv)磁(ci)學(xue)效應並且認為(wei)在壓電(dian)效應過程中無熱(re)交換（當(dang)然這(zhe)並(bing)不確(que)實(shi)，而(er)僅僅是(shi)在簡化分析(xi)時(shi)略去這(zhe)兩方面）。因此，壹般(ban)只考(kao)慮(lv)前(qian)面所述的(de)力(li)學(xue)效應和電(dian)學(xue)效應，而(er)且還(hai)必須同(tong)時考(kao)慮(lv)它(ta)們(men)之間(jian)存(cun)在的相(xiang)互(hu)作用。把(ba)兩個(ge)力學(xue)量(liang)--應力τ和應變(bian)e與兩(liang)個(ge)電(dian)學(xue)量(liang)--電(dian)場(chang)強度(du)E和電(dian)位移(yi)強(qiang)度D聯系(xi)在壹起(qi)，描述(shu)它(ta)們(men)之間(jian)相(xiang)互(hu)作用的(de)表(biao)達(da)式(shi)就是(shi)所謂(wei)的壓(ya)電(dian)方程。處在工作狀態下(xia)的(de)壓電(dian)體，其(qi)力(li)學(xue)邊界(jie)條件可以有(you)機械自由(you)與機械夾緊兩種(zhong)情況(kuang)，而(er)電(dian)學(xue)邊界(jie)條件則有電(dian)學(xue)短路和電(dian)學(xue)開路兩種(zhong)情況(kuang)，根據不(bu)同的邊(bian)界(jie)條件，選(xuan)擇(ze)不同(tong)的自變(bian)量(liang)與因(yin)變(bian)量(liang)，就可以得(de)到(dao)不同(tong)類型的(de)壓電(dian)方程。

（1）、假(jia)定在電(dian)輸出(chu)短路，即電(dian)場(chang)強度(du)E=0的條(tiao)件下(xia)對(dui)壓電(dian)體施(shi)加應力τ，有：D=dτ｜E=0，式(shi)中d稱為(wei)壓電(dian)常(chang)數(shu)，反映(ying)壓電(dian)材(cai)料(liao)彈(dan)性(xing)性(xing)質(zhi)與(yu)介(jie)電(dian)性(xing)質(zhi)之間(jian)的耦(ou)合(he)關(guan)系(xi)，它(ta)不(bu)僅與(yu)應力、應變(bian)有關(guan)，而(er)且與(yu)電(dian)場(chang)強度(du)、電(dian)位移(yi)強(qiang)度有(you)關(guan)，它(ta)又(you)稱(cheng)為(wei)壓(ya)電(dian)應變(bian)電(dian)場(chang)常(chang)數(shu)、壓電(dian)模(mo)量(liang)、壓電(dian)應變(bian)常(chang)數(shu)、壓電(dian)發(fa)射(she)系(xi)數(shu)等。

同樣(yang)，壓(ya)電(dian)體在應力τ作用下(xia)產(chan)生(sheng)應變(bian)e時，有(you)：D=ie，式(shi)中比(bi)例(li)系(xi)數(shu)i也是(shi)壓電(dian)常(chang)數(shu)，稱為(wei)壓電(dian)應力電(dian)場(chang)常(chang)數(shu)，也稱(cheng)為壓電(dian)應力常(chang)數(shu)、壓電(dian)發(fa)射(she)系(xi)數(shu)等。

假(jia)定在電(dian)開路狀態，即(ji)輸(shu)出(chu)電(dian)流I=0的條(tiao)件下(xia)對(dui)壓電(dian)體施(shi)加應力τ，則有：E=-gτ｜I=0，式(shi)中的(de)壓電(dian)常(chang)數(shu)g稱為(wei)壓電(dian)應變(bian)電(dian)感應常(chang)數(shu)，也稱(cheng)為電(dian)場(chang)應力常(chang)數(shu)、壓電(dian)應變(bian)常(chang)數(shu)、壓電(dian)電(dian)壓常(chang)數(shu)、壓電(dian)接收(shou)系(xi)數(shu)等。

或者(zhe)，壓電(dian)體在應力τ作用下(xia)產(chan)生(sheng)應變(bian)e時，有(you)：E=-he，式(shi)中的(de)壓電(dian)常(chang)數(shu)h稱為(wei)壓電(dian)應力電(dian)感應常(chang)數(shu)，又稱(cheng)為壓電(dian)應變(bian)常(chang)數(shu)、壓電(dian)勁度(du)常(chang)數(shu)、壓電(dian)接收(shou)系(xi)數(shu)等。

上述(shu)四個(ge)方程式(shi)實際上都(dou)是反映(ying)正壓(ya)電(dian)效應的情況(kuang)。

（2）、假(jia)定壓電(dian)體不(bu)承(cheng)受(shou)外力，應力為零(ling)，即是(shi)τ=0，壓電(dian)體可以自(zi)由(you)形變(bian)，在此條件下(xia)施(shi)加電(dian)場(chang)，則：

應變(bian)e與電(dian)場(chang)強度(du)E的關(guan)系(xi)為(wei)：e=dE｜τ=0，式(shi)中d為壓(ya)電(dian)應變(bian)常(chang)數(shu)

應變(bian)e與電(dian)位移(yi)強(qiang)度D的關(guan)系(xi)為(wei)：e=gD，式(shi)中g為壓(ya)電(dian)電(dian)壓常(chang)數(shu)

如(ru)果(guo)把(ba)壓電(dian)體夾(jia)緊(jin)，使其不(bu)得形(xing)變(bian)，應變(bian)為零(ling)，即是(shi)e=0，在此條件下(xia)施(shi)加電(dian)場(chang)，則：

應力τ與電(dian)場(chang)強度(du)E的關(guan)系(xi)為(wei)：τ=-iE｜e=0，式(shi)中i為壓(ya)電(dian)應力常(chang)數(shu)

應力τ與電(dian)位移(yi)強(qiang)度D的關(guan)系(xi)為(wei)：τ=-hD，式(shi)中h為壓(ya)電(dian)應變(bian)常(chang)數(shu)

上述(shu)四個(ge)方程反映(ying)了逆壓(ya)電(dian)效應的情況(kuang)。

在實際應用中，總(zong)是(shi)力(li)學(xue)量(liang)與電(dian)學(xue)量(liang)同時(shi)存(cun)在的，因(yin)此我們(men)可以得(de)到(dao)以下(xia)四(si)組壓(ya)電(dian)方程：註意(yi)通過壓(ya)電(dian)

方程了解各參(can)量(liang)之間(jian)的關(guan)系(xi)，主要應當(dang)了解其(qi)物(wu)理意(yi)義：

（1）、d型壓(ya)電(dian)方程： e=sEτ+dE D=dτ+ετE 式(shi)中d為壓(ya)電(dian)應變(bian)常(chang)數(shu)；sE=1/cE為電(dian)場(chang)強度(du)E恒定時的(de)彈(dan)性(xing)順從系(xi)數(shu)（上標(biao)表示該(gai)參(can)數(shu)恒定，以下(xia)均同）；ετ為(wei)應力τ恒定時的(de)介(jie)電(dian)常(chang)數(shu)。

（2）、g型壓(ya)電(dian)方程：e=sDτ+gD E=-gτ+βτD 式(shi)中g為壓(ya)電(dian)電(dian)壓常(chang)數(shu)；sD=1/cD為電(dian)位移(yi)強(qiang)度D恒定時的(de)彈(dan)性(xing)順從系(xi)數(shu)；βτ=1/ετ為應力τ恒定時的(de)介(jie)電(dian)誘導率(lv)。

（3）、i型壓(ya)電(dian)方程：τ=cEe-iE D=ie+εeE 式(shi)中i為壓(ya)電(dian)應力常(chang)數(shu)；cE為電(dian)場(chang)強度(du)E恒定時的(de)彈(dan)性(xing)模(mo)量(liang)；εe為應變(bian)e恒定時的(de)介(jie)電(dian)常(chang)數(shu)。

（4）、h型壓(ya)電(dian)方程：τ=cDe-hD E=-he+βeD 式(shi)中h為壓(ya)電(dian)應變(bian)常(chang)數(shu)；cD為電(dian)位移(yi)強(qiang)度D恒定時的(de)彈(dan)性(xing)模(mo)量(liang)；βe=1/εe為應變(bian)e恒定時的(de)介(jie)電(dian)誘導率(lv)。

上面的四(si)組壓(ya)電(dian)方程可得到(dao)如(ru)下(xia)解：

（1）、d=（δe/δE）τ=（δD/δτ）E （米/伏 或 庫侖(lun)/牛(niu)頓(dun)）（這(zhe)裏用δ表(biao)示(shi)偏微分符號，下(xia)同(tong)）這表示應力不變(bian)時由(you)電(dian)場(chang)引起(qi)的相(xiang)對(dui)應變(bian)或電(dian)場(chang)強度(du)不(bu)變(bian)時由(you)應力引起(qi)的相(xiang)對(dui)電(dian)位移(yi)。

（2）、g=（-δE/δτ）D=（δe/δD）τ （伏米/牛(niu)頓(dun) 或 米2/庫侖(lun)）這表(biao)示電(dian)位移(yi)強(qiang)度不(bu)變(bian)時由(you)應力引起(qi)的電(dian)場(chang)強度(du)變(bian)化（相(xiang)對(dui)開(kai)路電(dian)壓），或(huo)應力不變(bian)時由(you)電(dian)位移(yi)強(qiang)度引起(qi)的相(xiang)對(dui)應變(bian)。

（3）、i=（-δτ/δE）e=（δD/δe）E （牛(niu)頓(dun)/伏米 或 庫侖(lun)/米2）這表(biao)示應變(bian)恒定時由(you)電(dian)場(chang)引起(qi)的相(xiang)對(dui)應力，或者(zhe)電(dian)場(chang)強度(du)不(bu)變(bian)時由(you)應變(bian)引起(qi)的相(xiang)對(dui)電(dian)位移(yi)。

（4）、h=（-δE/δe）D=（-δτ/δD）e （牛(niu)頓(dun)/庫侖(lun) 或 伏/米）這(zhe)表示電(dian)位移(yi)強(qiang)度不(bu)變(bian)時由(you)應變(bian)引起(qi)的電(dian)場(chang)強度(du)變(bian)化（相(xiang)對(dui)開(kai)路電(dian)壓），或(huo)應變(bian)恒定時由(you)電(dian)位移(yi)強(qiang)度引起(qi)的相(xiang)對(dui)應力。

d和i代表(biao)了由(you)電(dian)場(chang)引起(qi)的應變(bian)或應力變(bian)化，亦(yi)即(ji)逆壓(ya)電(dian)效應。在實際應用中，它(ta)們(men)反映(ying)了壓電(dian)材(cai)料(liao)發(fa)射(she)超(chao)聲(sheng)波(bo)的能力，特(te)別(bie)是(shi)以(yi)d為最重(zhong)要和(he)最。d和i越大(da)，意味著同(tong)樣(yang)的(de)電(dian)場(chang)強度(du)產(chan)生(sheng)的聲(sheng)壓(ya)越大(da)，或(huo)者說只要(yao)施(shi)加較(jiao)小(xiao)的(de)交變(bian)電(dian)壓，就(jiu)能獲得較(jiao)大(da)的振幅，也就是能獲得較(jiao)大(da)的機械輸出(chu)功(gong)率。

g和h代表(biao)了由(you)應力或應變(bian)引起(qi)的電(dian)場(chang)強度(du)變(bian)化，亦(yi)即(ji)正(zheng)壓電(dian)效應。在實際應用中，它(ta)們(men)反映(ying)了壓電(dian)材(cai)料(liao)接(jie)收超聲(sheng)波(bo)的能力，特(te)別(bie)以(yi)g為最重(zhong)要和(he)。g和h越大(da)，意味著同(tong)樣(yang)的(de)應力或應變(bian)條件下(xia)產(chan)生(sheng)的相(xiang)對(dui)開(kai)路電(dian)壓越(yue)高(gao)，或(huo)者(zhe)說即(ji)使接收(shou)到(dao)較(jiao)弱(ruo)的超聲(sheng)波(bo)也能產生(sheng)較(jiao)大(da)的相(xiang)對(dui)開(kai)路電(dian)壓，亦(yi)即(ji)接(jie)收靈敏(min)度(du)越高(gao)。

這四(si)個(ge)參(can)數(shu)間(jian)有如(ru)下(xia)換算(suan)關系(xi)：

d=ετg=ieE；g=βτd=heD；i=εeh=dcE；h=βei=gcD

二.壓電(dian)參(can)數(shu)

壓電(dian)材(cai)料(liao)的(de)壓電(dian)參(can)量(liang)之間(jian)有著(zhe)復(fu)雜(za)的(de)關系(xi)，如(ru)上面所述的(de)e=dE和E=-he兩個(ge)關系(xi)式(shi)，比(bi)較(jiao)壹(yi)下(xia)似乎可以得(de)出(chu)d=-1/h，實際則不然(ran)，因(yin)為前(qian)者(zhe)是在τ=0的條(tiao)件下(xia)給(gei)出(chu)的，而(er)後者卻是(shi)在I=0的條(tiao)件下(xia)給(gei)出(chu)的，因(yin)此壹般(ban)不(bu)能作這樣(yang)簡(jian)單的比(bi)較(jiao)。此外，壓電(dian)材(cai)料(liao)是(shi)各向(xiang)異性(xing)晶(jing)體，它(ta)們(men)的(de)電(dian)學(xue)、力學(xue)和力(li)電(dian)性(xing)能等是(shi)隨(sui)電(dian)或機械激(ji)勵源所沿方(fang)向(xiang)的(de)不同而(er)各異的。因此，上述(shu)的(de)力學(xue)參(can)量(liang)（τ、e、c、s）、電(dian)學(xue)參(can)量(liang)（E、D、ε、β）以及(ji)與(yu)力(li)電(dian)聯系(xi)的(de)壓(ya)電(dian)參(can)量(liang)（d、g、i、h）實際上是(shi)有許(xu)多(duo)分量(liang)組成的張(zhang)量(liang)。τ和e各有六個(ge)獨(du)立分量(liang)，則c和s就有(you)36個(ge)分量(liang)；E和D各有三個(ge)獨(du)立分量(liang)，則ε和β就(jiu)有(you)9個(ge)分量(liang)。例(li)如(ru)每(mei)壹(yi)個(ge)e分量(liang)就與(yu)三個(ge)E分量(liang)有關(guan)：沿X方向(xiang)的(de)相(xiang)對(dui)伸長e1（△l/l）與場(chang)強矢量(liang)在X、Y、Z三個(ge)方向(xiang)軸(zhou)上的分量(liang)E1、E2和E3有關(guan)。因此，原關(guan)系(xi)式(shi)e=dE實際上是(shi)：e1=d11E1+d21E2+d31E3

三個(ge)坐標(biao)軸(zhou)方向(xiang)的(de)正應變(bian)（e1、e2、e3）與三(san)個(ge)獨(du)立的切(qie)應變(bian)（e4、e5、e6）都(dou)以此形式(shi)與E相(xiang)聯系(xi)，則d系(xi)數(shu)就有(you)3x6=18個(ge)分量(liang)，故還有(you)：

e2=d12E1+d22E2+d32E3

e3=d13E1+d23E2+d33E3

e4=d14E1+d24E2+d34E3

e5=d15E1+d25E2+d35E3

e6=d16E1+d26E2+d36E3

這就(jiu)是說，四(si)個(ge)壓電(dian)常(chang)數(shu)各聯系(xi)三(san)個(ge)電(dian)學(xue)分量(liang)和六(liu)個(ge)力學(xue)分量(liang)，因而(er)它(ta)們(men)各有18個(ge)分量(liang)。在表示(shi)方法(fa)上(shang)，通(tong)常(chang)是在參(can)量(liang)符號的下(xia)標(biao)加以(yi)註(zhu)明，如(ru)dij，i表示(shi)電(dian)學(xue)量(liang)（電(dian)場(chang)或電(dian)位移(yi)）分量(liang)的方(fang)向(xiang)（有(you)三個(ge)方向(xiang)）；j表示(shi)力學(xue)量(liang)（應力或應變(bian)）分量(liang)的方(fang)向(xiang)（有(you)六個(ge)方向(xiang)）。

然而(er)，由(you)於壓(ya)電(dian)材(cai)料(liao)各有壹定的對(dui)稱(cheng)性(xing)，這些(xie)分量(liang)未(wei)必都(dou)是獨(du)立存(cun)在的，有(you)些(xie)可以是(shi)零(ling)，有些(xie)可以彼(bi)此相(xiang)等(deng)或(huo)以(yi)壹定關系(xi)式(shi)相(xiang)聯系(xi)，故實際上的(de)獨(du)立分量(liang)要少(shao)得多(duo)，特(te)定的晶(jing)體總(zong)是(shi)只涉(she)及(ji)很少(shao)幾(ji)個(ge)分量(liang)，在實用(yong)中計算(suan)起來(lai)並(bing)不復(fu)雜(za)。通(tong)常(chang)可以把(ba)獨(du)立分量(liang)的數(shu)目減(jian)少(shao)到(dao)由(you)壹個(ge)彈(dan)性(xing)張(zhang)量(liang)、壹個(ge)介(jie)電(dian)張(zhang)量(liang)和壹(yi)個(ge)壓電(dian)張(zhang)量(liang)來(lai)決(jue)定壓電(dian)材(cai)料(liao)的(de)性(xing)質(zhi)。在實際應用中常(chang)見的(de)有(you)“31”、“33”和“15”等幾(ji)種(zhong)分量(liang)。

在超聲(sheng)檢測技術(shu)中(zhong)主要應用的是(shi)在壓電(dian)體極(ji)化方(fang)向(xiang)（定義為(wei)第(di)三方向(xiang)或(huo)Z方向(xiang)）上(shang)的厚度振動，因此在該(gai)極(ji)化方(fang)向(xiang)上(shang)激(ji)勵與變(bian)化的(de)參(can)量(liang)其下(xia)標(biao)即為“33”，如(ru)d33、g33等。對(dui)垂(chui)直於(yu)極(ji)化方(fang)向(xiang)的(de)另(ling)兩個(ge)相(xiang)互(hu)垂(chui)直的(de)方(fang)向(xiang)即(ji)定為“1”（或“X”）和“2”（或“Y”）方向(xiang)。

我們(men)確定有關(guan)的(de)壓電(dian)參(can)數(shu)的物(wu)理意(yi)義如(ru)下(xia)：

（1）、應變(bian)電(dian)場(chang)常(chang)數(shu)d33 = e/E = W/U （米/伏）

在機械自由(you)狀態下(xia)（τ=0），沿極(ji)化方(fang)向(xiang)施(shi)加電(dian)場(chang)引起(qi)沿極(ji)化方(fang)向(xiang)的(de)相(xiang)對(dui)應變(bian)，或者(zhe)說表(biao)征厚度方向(xiang)上(shang)單位電(dian)壓產(chan)生(sheng)應變(bian)的大(da)小(xiao)；式(shi)中W為簡(jian)單伸長（米），U為外加電(dian)壓（伏）。

（2）、電(dian)場(chang)應力常(chang)數(shu)g33 = -E/τ = -U/P （伏米/牛(niu)頓(dun)）

在電(dian)開路狀態下(xia)（I=0），沿極(ji)化方(fang)向(xiang)施(shi)加應力引起(qi)沿極(ji)化方(fang)向(xiang)的(de)相(xiang)對(dui)開(kai)路典雅(ya)，或(huo)者說表(biao)征厚度方向(xiang)上(shang)單位應力產生(sheng)開路電(dian)場(chang)強度(du)的(de)大(da)小(xiao)；式(shi)中U為開(kai)路電(dian)壓，P為聲(sheng)壓(ya)。

以上(shang)兩個(ge)參(can)量(liang)（d33、g33）是在電(dian)聲(sheng)換能器中主要的應用參(can)量(liang)。

（3）、應力電(dian)場(chang)常(chang)數(shu)i33 = -τ/E （牛(niu)頓(dun)/伏米）

表征沿(yan)極(ji)化方(fang)向(xiang)（厚度方向(xiang)）上(shang)單位電(dian)場(chang)強度(du)產(chan)生(sheng)應力的大(da)小(xiao)。

（4）、電(dian)場(chang)應變(bian)常(chang)數(shu)h33 = E/e = U/△t （伏/米）

表征沿(yan)極(ji)化方(fang)向(xiang)（厚度方向(xiang)）上(shang)單位應變(bian)產生(sheng)的相(xiang)對(dui)開(kai)路電(dian)壓大(da)小(xiao)。式(shi)中△t為厚度變(bian)化量(liang)，U為開(kai)路電(dian)壓。

除了上述壓電(dian)參(can)數(shu)以外，表征壓(ya)電(dian)體性(xing)質(zhi)的(de)重(zhong)要參(can)數(shu)還有(you)：

（5）、介(jie)電(dian)常(chang)數(shu)ε

介(jie)電(dian)常(chang)數(shu)是綜合(he)反映(ying)介(jie)質(zhi)電(dian)極(ji)化行(xing)為(wei)的(de)壹個(ge)重(zhong)要的(de)宏(hong)觀物(wu)理量(liang)。在靜電(dian)場(chang)下(xia)測(ce)定的介(jie)電(dian)常(chang)數(shu)稱為(wei)靜態介(jie)電(dian)常(chang)數(shu)，在交變(bian)電(dian)場(chang)下(xia)測(ce)定的介(jie)電(dian)常(chang)數(shu)稱為(wei)動態介(jie)電(dian)常(chang)數(shu)，兩者(zhe)是不同的。動態介(jie)電(dian)常(chang)數(shu)的大(da)小(xiao)與(yu)測量(liang)頻率(lv)有關(guan)。

（6）、彈(dan)性(xing)模(mo)量(liang)

壓電(dian)效應產生(sheng)的應變(bian)是在彈(dan)性(xing)應變(bian)範(fan)疇，顯(xian)然其應變(bian)的狀態將(jiang)與材(cai)料(liao)的(de)彈(dan)性(xing)模(mo)量(liang)密切(qie)相(xiang)關(guan)。

（7）、頻率(lv)常(chang)數(shu)N：單位Hz·m、MHz·mm和KHz·mm等

我們(men)知道(dao)壓電(dian)體的(de)諧(xie)振(zhen)頻率不(bu)僅與(yu)材(cai)料(liao)本身特(te)性(xing)有關，而(er)且還(hai)與材(cai)料(liao)的(de)外形尺寸有關，因(yin)此對其(qi)評(ping)價就(jiu)很不(bu)方便。引入頻率(lv)常(chang)數(shu)這個(ge)參(can)數(shu)的目(mu)的就是避開材(cai)料(liao)外形尺寸的影響(xiang)而(er)僅作為與(yu)材(cai)料(liao)性(xing)質(zhi)相(xiang)關(guan)的(de)壹(yi)個(ge)壓電(dian)性(xing)能參(can)數(shu)以便(bian)於評價。根據壓(ya)電(dian)體的(de)不(bu)同(tong)振動模(mo)式(shi)，可以分為：

（a）厚度振動頻率常(chang)數(shu)Nt=ft

（b）長度伸縮振(zhen)動頻率常(chang)數(shu)Nl=fl

（c）徑向(xiang)伸縮振(zhen)動頻率常(chang)數(shu)Nd=fd

式(shi)中f為諧(xie)振頻率；t為振(zhen)子厚度；l為振(zhen)子長度；d為振(zhen)子直徑。

超聲(sheng)檢測技術(shu)中(zhong)主要應用的是(shi)厚度振動模(mo)式(shi)，以Nt為常(chang)用的(de)重(zhong)要參(can)數(shu)，其諧(xie)振頻率：f=（K/4π2M）1/2基頻諧振(zhen)時(shi)f=（1/2t）（c/ρ）1/2=C/2t 其中(zhong)：K=n2（π2/2）（cA/t）；M=ρtA/2；W=K/M=2πf（圓頻率(lv)）

式(shi)中：A為壓(ya)電(dian)晶(jing)片(pian)面積；t為壓(ya)電(dian)晶(jing)片(pian)厚度；n為倍頻振動的倍數(shu)，當(dang)取基頻振動時n=1；ρ為壓(ya)電(dian)體密度；c為壓(ya)電(dian)體沿(yan)振(zhen)動方向(xiang)軸(zhou)的彈(dan)性(xing)常(chang)數(shu)；C為壓(ya)電(dian)晶(jing)體中(zhong)的聲(sheng)速(su)（在厚度振動模(mo)式(shi)的情況(kuang)下(xia)即(ji)是晶(jing)體中(zhong)的縱波速(su)度(du)CL）。

根據C=λf（λ為波(bo)長），可知壓(ya)電(dian)晶(jing)體以(yi)基頻作厚度諧振時(shi)的(de)厚度t=λ/2，由(you)此可以確(que)定某壹(yi)基頻諧振(zhen)的(de)壓電(dian)晶(jing)片(pian)厚度。

例(li)1：已知鈦(tai)酸(suan)鋇(bei)Nt=2520Hz·m，欲制(zhi)作中心(xin)頻(pin)率(lv)為2.5MHz的壓(ya)電(dian)晶(jing)片(pian)，其(qi)晶(jing)片(pian)厚度應為多(duo)少(shao)？

解：Nt=2520Hz·m=2.52x106Hz·mm，且f=2.5MHz=2.5x106Hz，則t=Nt/f=1.008mm

例(li)2：已知鋯(gao)鈦酸(suan)鉛(qian)(PZT-5A)的CL=3780m/s，欲制(zhi)作中心(xin)頻(pin)率(lv)為5MHz的壓(ya)電(dian)晶(jing)片(pian)，其(qi)晶(jing)片(pian)厚度應為多(duo)少(shao)？

解：CL=3780m/s=3.78x106mm/s，且f=5MHz=5x106Hz=5x106/s，λ=C/f，則t=λ/2=C/2f=0.378mm

（8）、介(jie)電(dian)損(sun)耗

電(dian)介(jie)質(zhi)晶(jing)體突然受到(dao)電(dian)場(chang)作用時(shi)，極(ji)化強(qiang)度(du)並(bing)不是壹(yi)下(xia)子(zi)就達(da)到(dao)最終值(zhi)，因為(wei)盡(jin)管分子（電(dian)疇）的(de)取(qu)向(xiang)會試圖(tu)跟(gen)隨電(dian)場(chang)方向(xiang)，當(dang)它(ta)們(men)這(zhe)樣(yang)做時，它(ta)們(men)將(jiang)受到(dao)材(cai)料(liao)的(de)粘滯性(xing)所阻，要(yao)從電(dian)場(chang)中吸(xi)收(shou)能量(liang)，表現(xian)為經過壹(yi)段(duan)弛(chi)豫時(shi)間(jian)，即極(ji)化是(shi)壹(yi)種(zhong)弛(chi)豫現(xian)象（極(ji)化弛(chi)豫）。如(ru)果(guo)介(jie)質(zhi)受(shou)交(jiao)變(bian)電(dian)場(chang)作用，而(er)交變(bian)頻率(lv)又比(bi)較(jiao)高(gao)，就(jiu)會使極(ji)化追(zhui)隨(sui)不及(ji)時(shi)而(er)發(fa)生(sheng)滯後，從而(er)引起(qi)了所謂(wei)的介(jie)質(zhi)損(sun)耗，並使動態介(jie)電(dian)常(chang)數(shu)與靜態介(jie)電(dian)常(chang)數(shu)發(fa)生(sheng)差異。供(gong)給電(dian)介(jie)質(zhi)的(de)能量(liang)有壹(yi)部分消(xiao)耗在強迫(po)固有電(dian)矩的(de)轉動上並轉變(bian)為熱(re)能而(er)被(bei)消(xiao)耗掉(diao)，引起(qi)介(jie)質(zhi)損(sun)耗的另(ling)壹原(yuan)因則是介(jie)質(zhi)漏(lou)電(dian)，尤其在高(gao)溫(wen)和(he)強(qiang)電(dian)場(chang)作用下(xia)其(qi)表現(xian)更為顯(xian)著，由(you)於漏(lou)電(dian)，電(dian)能被(bei)轉化成熱(re)能而(er)消(xiao)耗掉(diao)（電(dian)導損(sun)耗）。

我們(men)可以用(yong)壹(yi)個(ge)並聯的損(sun)耗電(dian)阻Rn代表(biao)電(dian)能在介(jie)質(zhi)中(zhong)的(de)消(xiao)耗，則通過(guo)介(jie)質(zhi)的(de)電(dian)流可分成消(xiao)耗能量(liang)的部(bu)分IR和通(tong)過介(jie)質(zhi)純(chun)電(dian)容不(bu)消(xiao)耗能量(liang)的部(bu)分IC。我們(men)以介(jie)質(zhi)損(sun)耗角正切(qie)來(lai)表(biao)示：tgδ=IR/IC=1/ωC0Rn式(shi)中ω為(wei)交變(bian)電(dian)場(chang)的圓頻率(lv)；C0為上(shang)了電(dian)極(ji)的介(jie)質(zhi)樣(yang)品的靜電(dian)容值(zhi)；δ即(ji)是(shi)電(dian)流對(dui)電(dian)壓的(de)滯後角介(jie)質(zhi)損(sun)耗角正切(qie)又(you)稱(cheng)為(wei)介(jie)質(zhi)損(sun)耗、介(jie)質(zhi)損(sun)耗因子，它(ta)與(yu)電(dian)場(chang)強度(du)、溫(wen)度(du)及(ji)頻(pin)率(lv)均有關(guan)。

（9）、電(dian)學(xue)品質(zhi)因(yin)數(shu)Qe

介(jie)質(zhi)損(sun)耗角正切(qie)的(de)倒數(shu)即為(wei)電(dian)學(xue)品質(zhi)因(yin)數(shu)：Qe=1/tgδ=ωC0Rn 在諧振(zhen)時有(you)：Qe=（π/4K2）（Zl/ZC）

式(shi)中K為機電(dian)耦(ou)合(he)系(xi)數(shu)；Zl為負(fu)載(zai)聲(sheng)阻(zu)抗(kang)；ZC為壓(ya)電(dian)體的(de)聲(sheng)阻(zu)抗(kang)。

電(dian)學(xue)品質(zhi)因(yin)數(shu)Qe的定義為(wei)：Qe=諧振(zhen)時壓電(dian)振子(zi)儲(chu)存(cun)的(de)電(dian)能/諧振(zhen)時每(mei)周(zhou)期內損(sun)耗的電(dian)能它(ta)反映(ying)了壓電(dian)體在交變(bian)電(dian)場(chang)作用下(xia)消(xiao)耗電(dian)能（轉變(bian)為熱(re)能）的大(da)小(xiao)。Qe越大(da)，意味著電(dian)能損(sun)耗越小(xiao)。Qe的存(cun)在表明任何壓電(dian)材(cai)料(liao)都(dou)不可能把(ba)電(dian)能*轉變(bian)成機械能，其能量(liang)損(sun)耗的原因即(ji)是上(shang)述(shu)的介(jie)質(zhi)損(sun)耗。

（10）、機械品質(zhi)因(yin)數(shu)Qm

壓電(dian)體作諧振(zhen)振(zhen)動時，要克服內(nei)部的(de)機械摩擦(ca)損(sun)耗（內耗），在有負(fu)載(zai)時還(hai)要克(ke)服外部負載(zai)的損(sun)耗，與這些(xie)機械損(sun)耗相(xiang)聯系(xi)的(de)是(shi)機械品質(zhi)因(yin)數(shu)Qmo（空(kong)載(zai)機械Q值）及(ji)Qm（有負(fu)載(zai)時的(de)機械Q值）。它(ta)的(de)定義為(wei)：

Qm=諧振(zhen)時壓電(dian)振子(zi)儲(chu)存(cun)的(de)機械能量(liang)/諧振(zhen)時每(mei)周(zhou)期內損(sun)耗的機械能量(liang)

它(ta)反映(ying)了壓電(dian)體振(zhen)動時克服機械損(sun)耗而(er)消(xiao)耗能量(liang)的大(da)小(xiao)。Qm越大(da)，意味著機械能損(sun)耗越小(xiao)。Qm的存(cun)在也表(biao)明任何壓電(dian)材(cai)料(liao)都(dou)不可能把(ba)輸入的機械能全部用(yong)於(yu)輸出(chu)。

在諧振(zhen)時有(you)：Qm=（π/2）[ZC/（Zl-Zb）]，式(shi)中ZC為壓(ya)電(dian)振子(zi)的(de)聲(sheng)阻(zu)抗(kang)；Zl為負(fu)載(zai)聲(sheng)阻(zu)抗(kang)；Zb則為壓(ya)電(dian)換能器中阻(zu)尼塊的(de)聲(sheng)阻(zu)抗(kang)。

對於(yu)壹個(ge)壓電(dian)換能器而(er)言(yan)，它(ta)的(de)Qm和Qe並不(bu)是常(chang)量(liang)，它(ta)們(men)與(yu)工(gong)作頻率(lv)、頻(pin)帶寬度(du)、壓(ya)電(dian)換能器的制(zhi)作工藝(yi)、結(jie)構、輻(fu)射(she)介(jie)質(zhi)（負(fu)載(zai)）等有(you)關。

在超聲(sheng)檢測技術(shu)中(zhong)應用的壓(ya)電(dian)換能器上，當(dang)Qm太高(gao)時(shi)，容(rong)易(yi)使振子(zi)產生(sheng)的振(zhen)動波形過長（振鈴(ling)現(xian)象），導致(zhi)波(bo)形(xing)失真(zhen)和分辨率降低(di)，同樣(yang)，Qe也並(bing)非越大越(yue)好(hao)。Qm和Qe的選(xuan)擇(ze)與確(que)定應當(dang)根據實(shi)際需要(yao)情況(kuang)決(jue)定。Q值大(da)，意味著壓(ya)電(dian)效應過程中能量(liang)消(xiao)耗小(xiao)，在大功(gong)率和(he)高(gao)頻(pin)應用或者(zhe)純(chun)發(fa)射(she)功(gong)率應用的情況(kuang)下(xia)能減(jian)少(shao)發(fa)熱(re)量(liang)，這是(shi)有利(li)的(de)壹(yi)面。但是(shi)對於(yu)以(yi)檢測為(wei)目的(de)的(de)換能器，Q值大(da)則對展(zhan)寬頻(pin)帶、改(gai)善波形(xing)、提高(gao)分辨率等都(dou)是不(bu)利(li)的(de)。此外，由(you)於Q值的(de)大小(xiao)還(hai)隨負(fu)載(zai)性(xing)質(zhi)而(er)改(gai)變(bian)（例(li)如(ru)水(shui)浸(jin)探(tan)頭(tou)、接觸(chu)法探(tan)頭(tou)所面臨的(de)負(fu)載(zai)介(jie)質(zhi)是(shi)不(bu)同(tong)的），在設計換能器時還(hai)必須考(kao)慮(lv)到(dao)負載(zai)媒(mei)介(jie)的影(ying)響（輻(fu)射(she)阻(zu)抗(kang)問題）。

（11）、機電(dian)耦(ou)合(he)系(xi)數(shu)K

這是(shi)從能量(liang)角度(du)來(lai)考(kao)察壓(ya)電(dian)材(cai)料(liao)的(de)壹個(ge)重(zhong)要參(can)量(liang)，它(ta)的(de)定義是(shi)：

在正壓(ya)電(dian)效應時，外電(dian)壓E=0，有：K2=理想條件下(xia)儲(chu)存(cun)於(yu)壓(ya)電(dian)體中(zhong)的(de)電(dian)能/理想條件下(xia)輸(shu)入到(dao)壓電(dian)體中(zhong)的(de)總(zong)機械能

或者(zhe)說是(shi)：K2=引起(qi)電(dian)荷在連接(jie)的電(dian)極(ji)間(jian)移(yi)動的被(bei)轉換的(de)機械能/與施(shi)加應力相(xiang)隨(sui)的(de)輸(shu)入機械能在逆壓(ya)電(dian)效應時，外應力τ=0，有：K2=理想條件下(xia)儲(chu)存(cun)於(yu)壓(ya)電(dian)體中(zhong)的(de)機械能/理想條件下(xia)輸(shu)入到(dao)壓電(dian)體中(zhong)的(de)總(zong)電(dian)能或者(zhe)說是(shi)：K2=引起(qi)機械應變(bian)的被(bei)轉換的(de)電(dian)能/輸入電(dian)能在壓電(dian)晶(jing)體中(zhong)同時存(cun)在彈(dan)性(xing)、介(jie)電(dian)性(xing)和壓電(dian)性(xing)，它(ta)們(men)同(tong)時(shi)發(fa)生(sheng)作用。為(wei)此，需要(yao)引入這個(ge)物(wu)理量(liang)來(lai)統(tong)觀這些(xie)特(te)性(xing)，它(ta)表(biao)示(shi)機械能與電(dian)能之間(jian)耦(ou)合(he)強(qiang)弱的程度。從物(wu)理意(yi)義上講(jiang)，它(ta)只說明轉換而(er)不等(deng)於效率，而(er)且轉換後的能量(liang)並不(bu)壹定*轉換成輻射(she)或(huo)輸(shu)出(chu)的能量(liang)（還包(bao)括(kuo)有內(nei)耗及(ji)反饋(kui)等）。當(dang)然，從某種(zhong)意(yi)義(yi)上(shang)講(jiang)，也可以說機電(dian)耦(ou)合(he)系(xi)數(shu)K表示(shi)了壓電(dian)體把(ba)電(dian)能轉換成彈(dan)性(xing)能，或者(zhe)把(ba)彈(dan)性(xing)能轉換成電(dian)能的“效率”，它(ta)主要由(you)壓電(dian)材(cai)料(liao)的(de)種(zhong)類確定，而(er)且還(hai)依賴於壓(ya)電(dian)體的(de)振(zhen)動模(mo)式(shi)，但與(yu)換能器的諧(xie)振頻(pin)率(lv)數(shu)值無關。此外，K值還(hai)取決於壓(ya)電(dian)換能器的結(jie)構、工(gong)作條件以(yi)及(ji)壓(ya)電(dian)體的(de)電(dian)極(ji)尺寸和位置(zhi)。

我們(men)可以把(ba)壓電(dian)材(cai)料(liao)中(zhong)的能量(liang)密度U（單位體(ti)積內具(ju)有(you)的能量(liang)）分為三部分，壹部分是彈(dan)性(xing)能量(liang)密度Ue，壹部(bu)分是電(dian)場(chang)能量(liang)密度（介(jie)電(dian)能量(liang)密度）Ud，壹部(bu)分是壓電(dian)互換能量(liang)密度Um（略去(qu)熱(re)能與磁(ci)能項目(mu)）。

這裏的第(di)壹(yi)部分即是材(cai)料(liao)的(de)力學(xue)部分--機械彈(dan)性(xing)能量(liang)，第二(er)部分是電(dian)學(xue)部分--電(dian)場(chang)能量(liang)，而(er)第三(san)部分是彈(dan)性(xing)能與介(jie)電(dian)能相(xiang)互(hu)作用的(de)能量(liang)密度。總(zong)內(nei)能則有：

U=Ue+Ud+2Um

由(you)於考(kao)慮(lv)到(dao)壓電(dian)能是互(hu)換能量(liang)，故取兩(liang)倍，因此，我們(men)可以用(yong)另(ling)壹種(zhong)方(fang)式(shi)來(lai)定義機電(dian)耦(ou)合(he)系(xi)數(shu)：K=Um/（UeUd）1/2

或者(zhe)：K=壓電(dian)能/彈(dan)性(xing)能與介(jie)電(dian)能的幾(ji)何(he)平(ping)均值選(xuan)用(yong)彈(dan)性(xing)能與介(jie)電(dian)能幾(ji)何(he)平(ping)均值的(de)原(yuan)因是考(kao)慮(lv)到(dao)了壓電(dian)晶(jing)體各微小(xiao)部(bu)分的能量(liang)分布不均勻(yun)。這(zhe)樣(yang)，我(wo)們(men)可以說，單位體(ti)積內的(de)壓(ya)電(dian)材(cai)料(liao)中(zhong)可以進(jin)行(xing)壓(ya)電(dian)轉換的(de)能量(liang)與不(bu)能進(jin)行(xing)壓(ya)電(dian)轉換的(de)能量(liang)之比(bi)就(jiu)是(shi)機電(dian)耦(ou)合(he)系(xi)數(shu)，如(ru)Ud和Ue是不(bu)能進(jin)行(xing)壓(ya)電(dian)轉換的(de)，但它(ta)們(men)卻又(you)不(bu)是能量(liang)損(sun)耗。對具體材(cai)料(liao)而(er)言(yan)，如(ru)石(shi)英(ying)的(de)能量(liang)損(sun)耗很小(xiao)，轉換效率很高(gao)，但(dan)它(ta)的(de)機電(dian)耦(ou)合(he)系(xi)數(shu)卻低(di)於壓(ya)電(dian)陶瓷(ci)，而(er)壓電(dian)陶瓷(ci)的(de)轉換效率並(bing)不高(gao)，可是它(ta)的(de)能量(liang)中有(you)較(jiao)大(da)的部分可以進(jin)行(xing)壓(ya)電(dian)轉換，也(ye)就是它(ta)的(de)機電(dian)耦(ou)合(he)系(xi)數(shu)高(gao)。從這裏我們(men)可以認識(shi)機電(dian)耦(ou)合(he)系(xi)數(shu)與效率的(de)區別(bie)。

機電(dian)耦(ou)合(he)系(xi)數(shu)是能量(liang)之比(bi)，無量(liang)綱，而(er)且其(qi)最大值(zhi)為1，當(dang)K=0時則意味(wei)著(zhe)無壓電(dian)效應發(fa)生(sheng)。常(chang)見的(de)機電(dian)耦(ou)合(he)系(xi)數(shu)有以(yi)下(xia)幾(ji)種(zhong)：

（1）、徑向(xiang)振(zhen)動機電(dian)耦(ou)合(he)系(xi)數(shu)Kp（又稱(cheng)平面機電(dian)耦(ou)合(he)系(xi)數(shu)）：反映(ying)薄圓片(pian)形(xing)壓電(dian)晶(jing)體作徑向(xiang)伸縮振(zhen)動時的機電(dian)耦(ou)合(he)效果(guo)，其條(tiao)件是(shi)晶(jing)片(pian)直徑≥3倍晶(jing)片(pian)厚度t，其厚度方向(xiang)為(wei)極(ji)化方(fang)向(xiang)和(he)施(shi)加電(dian)場(chang)方向(xiang)。

（2）、橫向(xiang)振(zhen)動（橫向(xiang)長度振(zhen)動）機電(dian)耦(ou)合(he)系(xi)數(shu)K31：反映(ying)以厚度方向(xiang)為(wei)極(ji)化方(fang)向(xiang)的(de)長薄片(pian)形(xing)壓電(dian)晶(jing)體沿(yan)長度方(fang)向(xiang)伸縮振(zhen)動時的機電(dian)耦(ou)合(he)效果(guo)，條件是(shi)薄片(pian)長度l≥3倍的薄片(pian)寬(kuan)度和(he)厚度。

（3）、縱向(xiang)振(zhen)動（縱向(xiang)長度振(zhen)動）機電(dian)耦(ou)合(he)系(xi)數(shu)K33：反映(ying)細長棒形(xing)壓(ya)電(dian)晶(jing)體沿(yan)厚度方向(xiang)極(ji)化，而(er)電(dian)場(chang)方向(xiang)與(yu)極(ji)化方(fang)向(xiang)相(xiang)同(tong)時(shi)，沿(yan)長度方(fang)向(xiang)伸縮振(zhen)動的機電(dian)耦(ou)合(he)效果(guo)，條件是(shi)長度l≥3倍的棒寬(kuan)度(du)與厚度或者直徑。

（4）、厚度振動機電(dian)耦(ou)合(he)系(xi)數(shu)Kt：反映(ying)沿厚度方向(xiang)極(ji)化且(qie)電(dian)場(chang)方向(xiang)也(ye)沿厚度方向(xiang)的(de)薄片(pian)形(xing)壓電(dian)晶(jing)體沿(yan)厚度方向(xiang)伸縮振(zhen)動的機電(dian)耦(ou)合(he)效果(guo)，條件是(shi)晶(jing)片(pian)厚度小(xiao)於(yu)晶(jing)片(pian)邊(bian)長或直徑。

（5）、厚度切(qie)變(bian)振動機電(dian)耦(ou)合(he)系(xi)數(shu)K15：反映(ying)壓電(dian)晶(jing)體作厚度切(qie)變(bian)振動的機電(dian)耦(ou)合(he)效果(guo)。

綜上(shang)所述，我(wo)們(men)可以總(zong)結(jie)出(chu)在超聲(sheng)檢測的(de)實際應用中選(xuan)擇(ze)壓電(dian)材(cai)料(liao)制(zhi)作壓電(dian)換能器時主要的選(xuan)擇(ze)原則如(ru)下(xia)：

（1）、d33--d33值越(yue)大，表明發(fa)射(she)性(xing)能越好(hao)。顯(xian)然，欲制作發(fa)射(she)換能器時應選(xuan)擇(ze)d33值盡(jin)可能大的(de)材(cai)料(liao)為(wei)好；

（2）、g33--g33值越(yue)大，表明接收(shou)性(xing)能越好(hao)。顯(xian)然，欲制作接收(shou)換能器時應選(xuan)擇(ze)g33值盡(jin)可能大的(de)材(cai)料(liao)為(wei)好；

在需要(yao)制(zhi)作發(fa)射(she)與(yu)接(jie)收(shou)兼顧(gu)的換能器時，作為綜合(he)考(kao)慮(lv)，應選(xuan)擇(ze)d33與g33值比(bi)較(jiao)接(jie)近且盡可能大為(wei)好(hao)。

（3）、聲(sheng)阻(zu)抗(kang)Z（Z=ρc）--考(kao)慮(lv)到(dao)超聲(sheng)波(bo)的反射(she)率(lv)和(he)透過率均與介(jie)質(zhi)與(yu)介(jie)質(zhi)間(jian)的聲(sheng)阻(zu)抗(kang)差(cha)異大小(xiao)有(you)關，聲(sheng)阻(zu)抗(kang)的(de)差異越小(xiao)，超(chao)聲(sheng)波(bo)的透過率越高(gao)。為(wei)使壓電(dian)換能器產生(sheng)的超(chao)聲(sheng)波(bo)盡可能多(duo)地(di)進(jin)入被(bei)檢介(jie)質(zhi)，應選(xuan)取(qu)聲(sheng)阻(zu)抗(kang)與(yu)接觸(chu)介(jie)質(zhi)聲(sheng)阻(zu)抗(kang)盡(jin)量(liang)接近(jin)的壓(ya)電(dian)材(cai)料(liao)。應當(dang)註意(yi)的(de)是：電(dian)場(chang)的存(cun)在會影(ying)響壓電(dian)材(cai)料(liao)中(zhong)的表觀聲(sheng)速(su)，以(yi)至(zhi)在工作狀態下(xia)壓(ya)電(dian)材(cai)料(liao)的(de)聲(sheng)阻(zu)抗(kang)會有(you)所變(bian)化。

（4）、厚度振動機電(dian)耦(ou)合(he)系(xi)數(shu)Kt--在超聲(sheng)檢測技術(shu)中(zhong)，最主要應用的是(shi)厚度振動型壓電(dian)晶(jing)片(pian)，因(yin)此Kt值越(yue)大，表明機電(dian)轉換性(xing)能越好(hao)，也(ye)就(jiu)是(shi)換能器的靈敏(min)度(du)越高(gao)。

（5）、徑向(xiang)振(zhen)動機電(dian)耦(ou)合(he)系(xi)數(shu)Kp--壓電(dian)晶(jing)片(pian)在作厚度振動時，也有徑向(xiang)振(zhen)動同時存(cun)在，它(ta)對(dui)厚度振動會發(fa)生(sheng)幹擾(rao)而(er)導致(zhi)波(bo)形(xing)失真(zhen)、雜(za)波(bo)增(zeng)多(duo)或(huo)增(zeng)大等(deng)，為此希望(wang)Kp值應越小(xiao)越(yue)好。

在綜合(he)考(kao)慮(lv)時(shi)，通常(chang)取Kt/Kp值越(yue)大越好。

（6）、介(jie)電(dian)常(chang)數(shu)ε--壓電(dian)晶(jing)片(pian)塗(tu)附(fu)電(dian)極(ji)後即構成壹個(ge)電(dian)容器，其電(dian)容量(liang)的大(da)小(xiao)符(fu)合(he)C=εA/t，即與(yu)介(jie)電(dian)常(chang)數(shu)ε、電(dian)極(ji)相(xiang)對(dui)面積A和電(dian)極(ji)間(jian)距（晶(jing)片(pian)厚度）t相(xiang)關(guan)。在電(dian)路中，電(dian)容量(liang)小(xiao)時(shi)意味(wei)著容(rong)抗(kang)大(da)，適(shi)合(he)用(yong)作高(gao)頻(pin)壓(ya)電(dian)元件，特(te)別(bie)是(shi)超(chao)聲(sheng)檢測換能器多(duo)工(gong)作在兆赫(he)茲(zi)頻(pin)率(lv)範(fan)圍，因(yin)此要求(qiu)壓(ya)電(dian)材(cai)料(liao)的(de)ε小(xiao)些(xie)為(wei)好(hao)。相(xiang)反，在用於(yu)制作低(di)頻壓(ya)電(dian)元件（如(ru)音頻範(fan)圍的(de)揚聲(sheng)器、話筒(tong)等）時(shi)，則宜選(xuan)用(yong)ε較(jiao)大(da)的材(cai)料(liao)以(yi)滿(man)足大(da)容量(liang)、低(di)容抗(kang)的(de)匹(pi)配(pei)要(yao)求。

應當(dang)註意(yi)到(dao)：ε的數(shu)值還(hai)與換能器的機械自由(you)度有(you)關，即(ji)機械夾緊狀態與(yu)機械自由(you)狀態的(de)介(jie)電(dian)常(chang)數(shu)是不(bu)同的，故有εe、ετ的區(qu)別(bie)。此外，ε與頻率的(de)關系(xi)也(ye)比(bi)較(jiao)敏(min)感(gan)，故要以(yi)具體(ti)工作頻率(lv)為(wei)條(tiao)件實(shi)際測定ε值。意(yi)味(wei)著相(xiang)同(tong)厚度的壓電(dian)晶(jing)片(pian)有(you)較(jiao)高(gao)的(de)諧(xie)振(zhen)頻(pin)率，或者說在同壹(yi)諧振(zhen)頻(pin)率(lv)下(xia)其(qi)晶(jing)片(pian)厚度較(jiao)大(da)，從而(er)便於(yu)加工(gong)制(zhi)作高(gao)頻(pin)元(yuan)件，故應選(xuan)擇(ze)Nt值較(jiao)大(da)的材(cai)料(liao)為(wei)好。

（8）、鐵(tie)電(dian)居(ju)裏點Tc--鐵(tie)電(dian)晶(jing)體只在某壹(yi)溫度(du)範(fan)圍內(nei)具有鐵(tie)電(dian)性(xing)，當(dang)溫度(du)達(da)到(dao)鐵(tie)電(dian)居(ju)裏點時，晶(jing)體將(jiang)失去鐵(tie)電(dian)性(xing)，並且晶(jing)體的(de)介(jie)電(dian)、壓電(dian)、光(guang)學(xue)、彈(dan)性(xing)以及(ji)熱(re)學(xue)等性(xing)質(zhi)均出(chu)現(xian)反常(chang)現(xian)象。大(da)多(duo)數(shu)鐵(tie)電(dian)體只有(you)壹個(ge)居(ju)裏點，但有少(shao)數(shu)鐵(tie)電(dian)體具(ju)有(you)上(shang)、下(xia)居(ju)裏點，它(ta)只在上、下(xia)居(ju)裏點之間(jian)的溫(wen)度(du)範(fan)圍內(nei)具有鐵(tie)電(dian)性(xing)。例(li)如(ru)鋯(gao)鈦酸(suan)鉛(qian)的上居(ju)裏點在115-120℃，下(xia)居(ju)裏點在-5℃，若在鈦酸(suan)鋇中(zhong)添(tian)加5%的鈦(tai)酸鈣(gai)，則其下(xia)居(ju)裏點可到(dao)-40℃。

此外，也有壹些(xie)鐵(tie)電(dian)體是(shi)沒(mei)有(you)居(ju)裏點的，如(ru)壹些(xie)特(te)殊(shu)的(de)高(gao)分子壓電(dian)材(cai)料(liao)（因(yin)達(da)到(dao)某壹(yi)溫(wen)度(du)時即已發(fa)生(sheng)融(rong)化甚至(zhi)燒毀(hui)）。

需要(yao)註(zhu)意的是(shi)：在實際溫度(du)尚未(wei)達(da)到(dao)居(ju)裏點時，許多(duo)壓(ya)電(dian)換能器的壓(ya)電(dian)性(xing)能（如(ru)Kt等）就(jiu)已顯(xian)著下(xia)降(jiang)或惡(e)化（例(li)如(ru)鈦酸鋇探(tan)頭(tou)在60-70℃即惡(e)化），而(er)且它(ta)可工作的最高(gao)溫(wen)度(du)也(ye)不(bu)等於能經受(shou)驟(zhou)然的溫(wen)度(du)變(bian)化，這(zhe)是(shi)因(yin)為存(cun)在包(bao)括(kuo)熱(re)膨(peng)脹(zhang)系(xi)數(shu)在內的(de)各向(xiang)異性(xing)所造成的。因此，在實際使用換能器工作以及(ji)制(zhi)作換能器過程中的(de)焊接電(dian)極(ji)引線(xian)、澆(jiao)灌(guan)吸(xi)收(shou)塊時的加溫(wen)等(deng)有較(jiao)高(gao)溫(wen)度(du)存(cun)在的情況(kuang)下(xia)，必須予(yu)以充(chong)分註意。在選(xuan)擇(ze)壓電(dian)材(cai)料(liao)時(shi)，應根據換能器的工(gong)作條件具(ju)體(ti)考(kao)慮(lv)。

（9）、機械品質(zhi)因(yin)數(shu)Qm和電(dian)學(xue)品質(zhi)因(yin)數(shu)Qe--在實際應用中，若Qm和Qe值較(jiao)大(da)時，將(jiang)會有(you)“振鈴”現(xian)象存(cun)在，導致(zhi)波(bo)形(xing)失真(zhen)、分辨率降低(di)等不(bu)利(li)於(yu)檢測的(de)情況(kuang)產(chan)生(sheng)。因此，從檢測技術(shu)的(de)需要(yao)出(chu)發(fa)，為了真(zhen)實反映(ying)回波(bo)信(xin)號特征，保(bao)證(zheng)檢測分辨率滿(man)足檢測要(yao)求，壹(yi)般(ban)不(bu)希(xi)望(wang)Qm和Qe太大(da)，除了在選(xuan)材(cai)時予以考(kao)慮(lv)外，在設計制(zhi)作換能器時，常(chang)常(chang)需要(yao)通(tong)過結(jie)構上(shang)加大(da)阻(zu)尼，電(dian)路上改(gai)變(bian)阻抗(kang)等(deng)辦法來(lai)適(shi)當(dang)降低(di)Qm和Qe值。當(dang)然，降(jiang)低(di)Qm和Qe值是(shi)以犧(xi)牲靈敏(min)度(du)（降低(di)輸出(chu)功(gong)率）為(wei)代價(jia)的(de)。因此，應按實際應用的需要(yao)來(lai)選(xuan)擇(ze)和調(tiao)節適(shi)當(dang)的Q值（根據經(jing)驗，超聲(sheng)檢測換能器的實(shi)際Q值不(bu)宜大(da)於10）。

（10）、壓電(dian)材(cai)料(liao)的(de)老(lao)化性(xing)能--極(ji)化後的壓(ya)電(dian)材(cai)料(liao)其(qi)壓電(dian)性(xing)能會隨(sui)時間(jian)的推(tui)移(yi)而(er)有不(bu)可逆的(de)變(bian)化，這(zhe)種(zhong)現(xian)象稱(cheng)為(wei)“老(lao)化”，如(ru)介(jie)電(dian)常(chang)數(shu)、介(jie)電(dian)損(sun)耗、壓電(dian)常(chang)數(shu)、機電(dian)耦(ou)合(he)系(xi)數(shu)及(ji)彈(dan)性(xing)等通常(chang)隨時(shi)間(jian)推(tui)移(yi)而(er)變(bian)小(xiao)，頻(pin)率常(chang)數(shu)和機械Q值會隨(sui)時間(jian)推(tui)移(yi)而(er)增(zeng)大。這(zhe)些(xie)參(can)數(shu)的變(bian)化基本上與(yu)時(shi)間(jian)的對(dui)數(shu)值有(you)線(xian)性(xing)關系(xi)。壹(yi)般(ban)以(yi)十(shi)年為(wei)壹(yi)個(ge)單位來(lai)考(kao)慮(lv)，稱(cheng)為“十(shi)年老(lao)化”。顯(xian)然，這個(ge)指標(biao)反映(ying)了壓電(dian)材(cai)料(liao)的(de)時間(jian)穩定性(xing)，在制作壓電(dian)換能器時也(ye)應適(shi)當(dang)考(kao)慮(lv)選(xuan)擇(ze)時間(jian)穩定性(xing)較(jiao)好(hao)的材(cai)料(liao)。在具體(ti)的超(chao)聲(sheng)換能器上，這(zhe)種(zhong)老(lao)化現(xian)象會具(ju)體表現(xian)在靈敏(min)度(du)、始波占寬(kuan)、電(dian)噪聲(sheng)水(shui)平(ping)等，因此對於(yu)換能器的選(xuan)購和儲(chu)存(cun)時(shi)也(ye)應註意到(dao)時效的影(ying)響。

（11）、壓電(dian)材(cai)料(liao)的(de)熱(re)穩定性(xing)--這是(shi)指壓(ya)電(dian)材(cai)料(liao)在居(ju)裏點以下(xia)的(de)壹定溫度(du)範(fan)圍連(lian)續(xu)工(gong)作壹段(duan)時(shi)間(jian)後其壓(ya)電(dian)性(xing)能不變(bian)或無退(tui)化的(de)特(te)性(xing)，特別(bie)對(dui)於(yu)高(gao)溫(wen)環(huan)境(jing)下(xia)工(gong)作的換能器，應選(xuan)取(qu)熱(re)穩定性(xing)好的材(cai)料(liao)。

以上(shang)11項是(shi)我們選(xuan)擇(ze)壓電(dian)材(cai)料(liao)制(zhi)作超聲(sheng)檢測換能器時的(de)主要考(kao)慮(lv)因(yin)素(su)和選(xuan)擇(ze)原則，應視具體應用情況(kuang)和(he)需要(yao)作綜合(he)考(kao)慮(lv)，適(shi)當(dang)選(xuan)擇(ze)。

三.壓電(dian)材(cai)料(liao)的(de)分類

1.第壹(yi)類壓電(dian)材(cai)料(liao)--壓電(dian)單晶(jing)

這是(shi)天然形成或人工(gong)制成的、具有(you)各向(xiang)異性(xing)的單晶(jing)鐵(tie)電(dian)體材(cai)料(liao)，它(ta)具(ju)有(you)的(de)壓(ya)電(dian)效應是基於組成晶(jing)體結(jie)構的(de)點陣上正負離子相(xiang)對(dui)位(wei)置(zhi)變(bian)化而(er)引起(qi)的。常(chang)用的(de)壓(ya)電(dian)單晶(jing)有：

石(shi)英(ying)（SiO2）：這是(shi)天然形成或人工(gong)培育(yu)（人造水(shui)晶(jing)）的晶(jing)體，均勻(yun)性(xing)好，居(ju)裏點高(gao)；阻(zu)抗(kang)高(gao)，機械Q值（Qm）大；硬度(du)高(gao)、耐磨(mo)性(xing)好；不會潮解；性(xing)能極(ji)穩定，老(lao)化極(ji)慢極(ji)小(xiao)，而(er)且其(qi)性(xing)能隨溫(wen)度(du)的(de)變(bian)化極(ji)小(xiao)，可獲得不隨時間(jian)而(er)變(bian)的線(xian)性(xing)頻率溫(wen)度(du)系(xi)數(shu)；損(sun)耗小(xiao)，可用於(yu)的(de)頻率；絕緣(yuan)性(xing)能好，能在高(gao)電(dian)壓下(xia)使用；能用於(yu)較(jiao)高(gao)和(he)極(ji)低(di)的溫(wen)度(du)環境等(deng)。由(you)於石(shi)英(ying)具(ju)備了許多(duo)*的(de)性(xing)能，故至(zhi)今(jin)仍被(bei)廣(guang)泛(fan)應用，特別(bie)是(shi)用(yong)作標準(zhun)換能器以及(ji)例(li)如(ru)電(dian)腦(nao)設備中(zhong)的(de)時(shi)間(jian)振蕩(dang)器等。它(ta)的(de)缺點是機電(dian)變(bian)換效率低(di)，使系(xi)統(tong)回路的增(zeng)益較(jiao)低(di)。

鈮酸鋰(li)（LiNbO3）：這是(shi)人工培育(yu)的(de)鐵(tie)電(dian)單晶(jing)，直徑可達(da)120mm。鈮酸鋰(li)可被(bei)用(yong)於直接(jie)激(ji)發(fa)超聲(sheng)橫波且(qie)機電(dian)耦(ou)合(he)系(xi)數(shu)很高(gao)，具(ju)有(you)*的(de)壓(ya)電(dian)性(xing)能，它(ta)的(de)Qm值相(xiang)當(dang)大，居(ju)裏點很高(gao)，能在高(gao)溫(wen)下(xia)使用，極(ji)化穩(wen)定，超聲(sheng)傳(chuan)播損(sun)失小(xiao)，不(bu)潮解，頻(pin)率(lv)常(chang)數(shu)很大(da)，可用於(yu)制(zhi)作超高(gao)頻(pin)的(de)換能器等等(deng)。因此，它(ta)已被(bei)用(yong)作聲(sheng)表(biao)面波換能器的常(chang)用基本材(cai)料(liao)，當(dang)用作體積波換能器時能獲得比(bi)常(chang)用壓(ya)電(dian)陶瓷(ci)換能器還要(yao)好的(de)靈敏(min)度(du)，也用(yong)作超聲(sheng)測(ce)厚以及(ji)窄(zhai)脈(mai)沖換能器。

α碘酸(suan)鋰(li)（α-LiIO3）：這也(ye)是人工單晶(jing)，它(ta)的(de)機械性(xing)能較(jiao)好(hao)，容易(yi)加工(gong)，能溶(rong)於(yu)水(shui)但(dan)不易(yi)潮解，物(wu)理化學(xue)性(xing)能比(bi)較(jiao)穩(wen)定，壓電(dian)性(xing)能優(you)良(liang)，特(te)別(bie)是(shi)具(ju)有(you)高(gao)的(de)機電(dian)耦(ou)合(he)系(xi)數(shu)和低(di)的介(jie)電(dian)常(chang)數(shu)，並且(qie)Qm值相(xiang)當(dang)低(di)，很適(shi)合(he)制(zhi)作高(gao)靈敏(min)度(du)、高(gao)分辨率的寬(kuan)帶換能器及(ji)延(yan)遲(chi)線(xian)，例(li)如(ru)制作超聲(sheng)測(ce)厚以及(ji)窄(zhai)脈(mai)沖換能器。

此外還有接收(shou)性(xing)能良好(hao)的(de)硫(liu)酸(suan)鋰(li)（Li2SO4）等。

2.第二(er)類壓電(dian)材(cai)料(liao)--壓電(dian)陶瓷(ci)

這是(shi)通過粉末(mo)燒(shao)結(jie)方(fang)法(fa)人(ren)工(gong)焙燒制成的多(duo)晶(jing)鐵(tie)電(dian)體材(cai)料(liao)，它(ta)具(ju)有(you)的(de)壓(ya)電(dian)效應是基於電(dian)致(zhi)伸縮效應，其壓電(dian)性(xing)能隨燒(shao)結(jie)工(gong)藝(yi)和(he)配(pei)方(fang)成分的不同而(er)存(cun)在差異，因此其種(zhong)類繁多(duo)且(qie)性(xing)能也互(hu)有(you)出(chu)入。

例(li)如(ru)：將(jiang)材(cai)料(liao)研(yan)磨(mo)到(dao)400目，加粘合(he)劑(ji)，加壓(ya)，高(gao)溫(wen)焙燒成塊，再鋸(ju)切(qie)研(yan)磨(mo)拋光(guang)成壓電(dian)陶瓷(ci)晶(jing)片(pian)成品。

壓電(dian)陶瓷(ci)易(yi)於制成各種(zhong)形(xing)狀，可以多(duo)種(zhong)振(zhen)動模(mo)式(shi)振動以適(shi)應於各種(zhong)用(yong)途(tu)，具(ju)有較(jiao)高(gao)的(de)機電(dian)耦(ou)合(he)系(xi)數(shu)，較(jiao)高(gao)的(de)回(hui)路增(zeng)益和(he)靈敏(min)度(du)，這是(shi)它(ta)的(de)重(zhong)要*性(xing)。

常(chang)用的(de)壓(ya)電(dian)陶瓷(ci)有(you)：

鈦酸(suan)鋇（BaTiO3）：這是(shi)用二氧(yang)化鈦(tai)（TiO2）與碳(tan)酸(suan)鋇（BaCO3）在高(gao)溫(wen)下(xia)混(hun)合(he)燒(shao)結(jie)而(er)成的，這是(shi)較(jiao)早(zao)期使用的(de)壓電(dian)陶瓷(ci)，它(ta)的(de)居(ju)裏溫度(du)低(di)，溫度(du)依賴性(xing)大，並且(qie)時(shi)間(jian)穩定性(xing)和熱(re)穩定性(xing)較(jiao)差(cha)，現(xian)在仍有用(yong)於聲(sheng)納輻(fu)射(she)器和超(chao)聲(sheng)換能器的。

鋯(gao)鈦酸(suan)鉛(qian)[Pb（ZrxTi1-x）O3]：（x＜1），代號PZT，有多(duo)種(zhong)配(pei)方(fang)並(bing)各有特點，是目前(qian)的(de)壓電(dian)陶瓷(ci)。

PZT系(xi)列(lie)的(de)主要特點是機電(dian)耦(ou)合(he)系(xi)數(shu)高(gao)，而(er)其中(zhong)的PZT-4為發(fa)射(she)型(xing)，它(ta)的(de)高(gao)激(ji)勵特性(xing)好（Qm值較(jiao)高(gao)，內(nei)部(bu)損(sun)耗小(xiao)等(deng)），適(shi)用(yong)於聲(sheng)納輻(fu)射(she)器、超聲(sheng)換能器、高(gao)壓(ya)發(fa)生(sheng)器以及(ji)大(da)功(gong)率換能器等。PZT-5為接(jie)收型，它(ta)的(de)介(jie)電(dian)常(chang)數(shu)高(gao)，老(lao)化小(xiao)，Qm值低(di)，適(shi)用(yong)於水(shui)聽(ting)器、超聲(sheng)換能器、電(dian)唱機拾音器、微音(yin)器以及(ji)揚(yang)聲(sheng)器元件，還(hai)適(shi)用(yong)於寬(kuan)帶脈沖型檢測等(deng)。此外還有：PZT-2，PZT-5A，PZT-5H，PZT-6A，PZT-7A，PZT-8...等等(deng)。

除了上述這些(xie)以(yi)外，壓電(dian)陶瓷(ci)的(de)品種(zhong)還(hai)有(you)鈦(tai)酸鉛(qian)（PbTiO3）、鈮酸鉛(qian)（PbNbO3）、偏鈮酸鉛(qian)（PbNb2O6）（Qm值較(jiao)低(di)，適(shi)用(yong)於制(zhi)作窄(zhai)脈(mai)沖的超聲(sheng)縱(zong)波換能器）、偏鈮酸鉛(qian)鋇[（Pb0.6Ba0.4）Nb2O6]、鈮酸鉀鈉(na)[（Na0.5K0.5）NbO3]等等(deng)。

新發(fa)展(zhan)的三(san)元(yuan)系(xi)壓(ya)電(dian)陶瓷(ci)，是(shi)由(you)三元(yuan)組成的，第壹(yi)元是(shi)新添(tian)元(yuan)素(su)，成分百分比(bi)以(yi)x表示(shi)，第二元為(wei)鈦(tai)酸鉛(qian)（PbTiO3），其百(bai)分比(bi)用(yong)y表示(shi)，第三元為(wei)鋯(gao)酸鉛(qian)（PbZrO3），其百(bai)分比(bi)用(yong)Z表示(shi)，此外還添(tian)入了少(shao)量(liang)雜(za)質(zhi)和(he)替代物(wu)。例(li)如(ru)：鈮鎂酸鉛(qian)系(xi)[xPb（Mg1/3Nb2/3）O3]：具有(you)徑向(xiang)振(zhen)動機電(dian)耦(ou)合(he)系(xi)數(shu)（Kp）高(gao)，介(jie)電(dian)常(chang)數(shu)高(gao)，Qm值較(jiao)大(da)，穩定性(xing)較(jiao)好(hao)的特點，某些(xie)配(pei)方(fang)還(hai)可達(da)到(dao)機械強度，特別(bie)是(shi)抗(kang)彎(wan)強度(du)很高(gao)，可用於(yu)拾(shi)音器、微音(yin)器、濾波器、變(bian)壓器、超聲(sheng)延(yan)遲(chi)線(xian)以(yi)及(ji)引燃(ran)引等(deng)。

鈮鋅酸鉛(qian)系(xi)[xPb（Zn1/3Nb2/3）O3]：具有(you)高(gao)的(de)徑向(xiang)振(zhen)動機電(dian)耦(ou)合(he)系(xi)數(shu)和較(jiao)低(di)的Qm值（添(tian)加壹(yi)些(xie)MnO2或NiO2則可提高(gao)Qm達(da)到(dao)200），有較(jiao)高(gao)的(de)溫(wen)度(du)穩(wen)定性(xing)，適(shi)用(yong)於濾波器材(cai)料(liao)。

鈮鈷酸鉛(qian)系(xi)[xPb（Co1/3Nb2/3）O3]：其徑向(xiang)振(zhen)動機電(dian)耦(ou)合(he)系(xi)數(shu)Kp和Qm值均較(jiao)高(gao)，可用作超聲(sheng)振(zhen)子和(he)變(bian)壓器、濾波器、拾音(yin)器等。

鈮錳酸鉛(qian)系(xi)[xPb（Mn1/3Nb2/3）O3]：Qm值高(gao)、時(shi)間(jian)穩定性(xing)好、介(jie)電(dian)常(chang)數(shu)較(jiao)低(di)、徑向(xiang)振(zhen)動機電(dian)耦(ou)合(he)系(xi)數(shu)Kp中等(deng)，適(shi)合(he)作濾波器和延(yan)遲(chi)線(xian)振(zhen)子(zi)。

鈮銻酸鉛(qian)系(xi)[xPb（Sb1/2Nb1/2）O3]：Kp值高(gao)、穩(wen)定性(xing)較(jiao)好(hao)、Qm值大(da)，頻率溫度(du)系(xi)數(shu)很小(xiao)。

銻錳(meng)酸鉛(qian)系(xi)[xPb（Mn1/2Sb1/2）O3]：Kp調(tiao)節範(fan)圍大(da)、Qm值很高(gao)，介(jie)質(zhi)損(sun)耗小(xiao)，穩(wen)定性(xing)良好。

鎢(wu)錳(meng)酸鉛(qian)系(xi)[xPb（Mn1/2W1/2）O3]：擊穿電(dian)壓，Qm值很大(da)，Kp值大(da)，而(er)且諧(xie)振頻率溫度穩(wen)定性(xing)好。

鈮鎳酸鉛(qian)系(xi)[xPb（Ni1/3Nb2/3）O3]：介(jie)電(dian)常(chang)數(shu)很大(da)，Kp中等(deng)，聲(sheng)頻(pin)特性(xing)好。

鎢(wu)鎘(ge)酸鉛(qian)系(xi)[xPb（Cd1/2W1/2）O3]：頻率(lv)的溫度與(yu)時(shi)間(jian)穩定性(xing)好。

鎂碲酸鉛(qian)系(xi)[xPb（Mg1/2Te1/2）O3]：可耐反復(fu)加壓(ya)，電(dian)、機性(xing)能老(lao)化小(xiao)。

此外還有鋰(li)銻(ti)酸鉛(qian)系(xi)[xPb（Li1/4Sb3/4）O3]和鋰(li)鉭酸鉛(qian)系(xi)[xPb（Li1/4Ta3/4）O3]，具有(you)穩定性(xing)好，Qm值低(di)，適(shi)用(yong)於水(shui)聲(sheng)換能器。

除了三元系(xi)壓(ya)電(dian)陶瓷(ci)外，現(xian)又發(fa)展(zhan)了性(xing)能優(you)良(liang)的(de)鈮鎳-鈮鋅-鈦-鋯(gao)酸鉛(qian)四元系(xi)壓(ya)電(dian)陶瓷(ci)。

3.第三(san)類壓電(dian)材(cai)料(liao)--極(ji)性(xing)高(gao)分子壓電(dian)材(cai)料(liao)

這是(shi)具有壓電(dian)效應的新型(xing)人工(gong)合(he)成的半結(jie)晶(jing)性(xing)聚合(he)物(wu)，稱為(wei)極(ji)性(xing)高(gao)分子聚合(he)物(wu)，其壓(ya)電(dian)效應是基於有極(ji)分子的轉動，目前(qian)以(yi)聚偏氟乙烯(xi)（PVDF）性(xing)能好。

PVDF（-CH2-CF2-）是最有極(ji)性(xing)的高(gao)分子聚合(he)物(wu)之壹(yi)。在低(di)於100℃溫度(du)下(xia)將(jiang)PVDF薄膜(mo)拉伸到(dao)原來(lai)的(de)幾(ji)倍長，即得(de)到(dao)β型（PVDF的壹(yi)種(zhong)結(jie)晶(jing)形式(shi)）薄膜(mo)，施(shi)以電(dian)極(ji)（通常(chang)為鋁(lv)），在高(gao)直流(liu)電(dian)場(chang)中極(ji)化（溫(wen)度(du)在80-150℃），將(jiang)獲得壓電(dian)性(xing)能，它(ta)可以有(you)效地用(yong)作聲(sheng)接(jie)收器，有良(liang)好的(de)熱(re)穩定性(xing)，此外，材(cai)料(liao)可彎(wan)曲，聲(sheng)阻(zu)抗(kang)小(xiao)，與(yu)水(shui)匹(pi)配(pei)較(jiao)好(hao)，特別(bie)適(shi)用(yong)於水(shui)聽(ting)器以及(ji)醫學(xue)超聲(sheng)診(zhen)斷聲(sheng)場(chang)測試用(yong)的(de)換能器。壓電(dian)薄膜(mo)材(cai)料(liao)的(de)缺點是信噪比(bi)尚(shang)不(bu)理(li)想，機電(dian)耦(ou)合(he)系(xi)數(shu)還不(bu)夠大，而(er)且機械和介(jie)電(dian)損(sun)耗比(bi)較(jiao)大(da)。此外，由(you)於品質(zhi)因(yin)素(su)（Qm、Qe）較(jiao)小(xiao)，故不適(shi)用(yong)於需要(yao)尖銳共(gong)振(zhen)之處(chu)，也(ye)不適(shi)用(yong)於大(da)輸(shu)入和連(lian)續(xu)工(gong)作，因為(wei)它(ta)在80℃以上(shang)溫度下(xia)長時間(jian)使用時(shi)，其壓(ya)電(dian)效果(guo)減(jian)小(xiao)。

另(ling)外極(ji)性(xing)高(gao)分子壓電(dian)材(cai)料(liao)還(hai)有聚氟乙二烯(xi)（PVF2）等。

4.第四(si)類壓電(dian)材(cai)料(liao)--復(fu)合(he)壓(ya)電(dian)材(cai)料(liao)及(ji)氧(yang)化鋅(xin)壓(ya)電(dian)薄膜(mo)

復(fu)合(he)壓(ya)電(dian)材(cai)料(liao)是(shi)將(jiang)強介(jie)電(dian)性(xing)陶瓷(ci)微(wei)粒分散混(hun)合(he)於(yu)高(gao)分子材(cai)料(liao)中(zhong)而(er)構成的，其處(chu)理和(he)使用與(yu)高(gao)分子壓電(dian)材(cai)料(liao)壹(yi)樣(yang)，其(qi)壓(ya)電(dian)性(xing)能不僅依賴於陶瓷(ci)粒子，也(ye)和(he)作為基體的高(gao)分子材(cai)料(liao)的(de)種(zhong)類有很大(da)關系(xi)，特(te)別(bie)是(shi)和(he)PVDF及(ji)氟化亞(ya)乙烯(xi)基等介(jie)電(dian)率高(gao)的(de)高(gao)分子的復(fu)合(he)系(xi)，可用作強壓(ya)電(dian)性(xing)材(cai)料(liao)。這(zhe)種(zhong)壓(ya)電(dian)材(cai)料(liao)無需像(xiang)其(qi)他高(gao)分子壓電(dian)體那(na)樣(yang)作延(yan)伸處理(li)，內(nei)部各向(xiang)同(tong)性(xing)，隨基體高(gao)分子種(zhong)類的變(bian)化，可獲得較(jiao)大(da)的彈(dan)性(xing)率變(bian)化範(fan)圍，特(te)別(bie)是(shi)可以熱(re)壓成型，實用(yong)上很方(fang)便。如(ru)PVDF和PZT系(xi)的(de)復(fu)合(he)材(cai)料(liao)，其(qi)壓電(dian)性(xing)能和介(jie)電(dian)性(xing)能很穩(wen)定，這類材(cai)料(liao)已達(da)實(shi)用(yong)階(jie)段(duan)，在應用方面與壓(ya)電(dian)高(gao)分子聚合(he)物(wu)材(cai)料(liao)很相(xiang)似。

氧(yang)化鋅(xin)（ZnO）壓電(dian)薄膜(mo)（利(li)用(yong)真(zhen)空(kong)噴(pen)塗工(gong)藝制成）用於超(chao)高(gao)頻(pin)超(chao)聲(sheng)波(bo)發(fa)生(sheng)與接(jie)收換能器，可用於(yu)30-3000兆赫(he)茲(zi)頻(pin)段(duan)且(qie)效果(guo)很好(hao)，它(ta)能用於(yu)物(wu)質(zhi)特(te)性(xing)的研(yan)究(jiu)、超聲(sheng)延(yan)遲(chi)線(xian)、聲(sheng)光(guang)器件、通(tong)訊(xun)和信息處理(li)以及(ji)超(chao)聲(sheng)顯(xian)微鏡等，具(ju)有(you)頻帶寬，電(dian)聲(sheng)轉換效率好(hao)，與激(ji)勵電(dian)路容易(yi)匹(pi)配(pei)等(deng)。