氧化物摻雜改性 從鉛基陶瓷發(fā)展歷程可知,氧化物摻雜改性是提高PZT陶瓷電學(xué)性能的必要途徑,是PZT陶瓷實(shí)用化的關(guān)鍵和基礎(chǔ).如未摻雜的準(zhǔn)同型相界(MPB)組成的Pb(Ti0.48Zr0.52)O3陶瓷d33僅為223pC/N,而在La,Nb等施主摻雜改性后,其d33升高至274~710pC/N,從而滿足實(shí)際應(yīng)用的要求.類(lèi)似地,氧化物摻雜改性對(duì)BNT基陶瓷壓電鐵電性能的影響也被廣泛研究.表4列出了氧化物摻雜改性的BNT基陶瓷的壓電性能.從表4可以看出,類(lèi)似于氧化物改性的PZT陶瓷,受主和施主離子摻雜改性將導(dǎo)致BNT基陶瓷壓電性質(zhì)的/硬化0和/軟化0.Mn和Co一般顯示出受主摻雜效應(yīng).Co摻雜提高了機(jī)械品質(zhì)因數(shù)Qm,壓電性能略為降低;與Co稍有不同,Mn摻雜使Qm提高,也改善了壓電性能,這可能是由于陶瓷致密度的改善和Mn元素本身的多價(jià)態(tài)特性.

為了確定換能器的工作狀態(tài),必須求出它的機(jī)械振動(dòng)系統(tǒng)的狀態(tài)方程式和電路系統(tǒng)狀態(tài)方程式.換能器機(jī)械系統(tǒng)的狀態(tài)方程式(簡(jiǎn)稱為機(jī)械振動(dòng)方程)是換能器處于工作狀態(tài)時(shí),描寫(xiě)它的機(jī)械振動(dòng)系統(tǒng)的力和振速的關(guān)系式,而電路系統(tǒng)的狀態(tài)方程式(簡(jiǎn)稱電路狀態(tài)方程式)是描寫(xiě)電路系統(tǒng)的振動(dòng)特性的. 由于換能器的機(jī)械系統(tǒng)和電路系統(tǒng)是互相耦合的,所以機(jī)械系統(tǒng)的振動(dòng)會(huì)影響到電路的平衡,而電路的變化也會(huì)影響到機(jī)械系統(tǒng)的振動(dòng),因此我們總是利用這些方程組分析、討論換能器的工作特性.

利用常規(guī)雙壓電晶片元件振動(dòng)器的彎曲振動(dòng)，在頻率高于75kHz的情況下，是不可能達(dá)到此目的的。所以，在高頻率探測(cè)中，必須使用垂直厚度振動(dòng)模式的壓電陶瓷。在這種情況下，壓電陶瓷的聲阻抗與空氣的匹配就變得十分重要。壓電陶瓷的聲阻抗為2.6×107kg/m2s，而空氣的聲阻抗為4.3×102kg/m2s。近年來(lái),無(wú)鉛壓電陶瓷新體系的構(gòu)建、壓電鐵電性能的強(qiáng)化以及相變機(jī)制的研究取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步,這為無(wú)鉛壓電陶瓷的實(shí)用化奠定了實(shí)踐和理論基礎(chǔ)。5個(gè)冪的差異會(huì)導(dǎo)致在壓電陶瓷振動(dòng)輻射表面上的大量損失。一種特殊材料粘附在壓電陶瓷上，作為聲匹配層，可實(shí)現(xiàn)與空氣的聲阻抗相匹配。這種結(jié)構(gòu)可以使超聲波傳感器在高達(dá)數(shù)百kHz頻率的情況下，仍然能夠正常工作。