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陶瓷電學性能的必要途徑,是PZT陶瓷實用化的關鍵和基礎.如未摻雜的準同型相界(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,從而滿足實際應用的要求.類似地,氧化物摻雜改性對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,類似于氧化物改性的PZT陶瓷,受主和施主離子摻雜改性將導致BNT基陶瓷壓電性質的/硬化0和/軟化0.Mn和Co一般顯示出受主摻雜效應.Co摻雜提高了機械品質因數(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元素本身的多價態(tài)特性.

為了確定換能器的工作狀態(tài),必須求出它的機械振動系統(tǒng)的狀態(tài)方程式和電路系統(tǒng)狀態(tài)方程式.換能器機械系統(tǒng)的狀態(tài)方程式(簡稱為機械振動方程)是換能器處于工作狀態(tài)時,描寫它的機械振動系統(tǒng)的力和振速的關系式,而電路系統(tǒng)的狀態(tài)方程式(簡稱電路狀態(tài)方程式)是描寫電路系統(tǒng)的振動特性的. 由于換能器的機械系統(tǒng)和電路系統(tǒng)是互相耦合的,所以機械系統(tǒng)的振動會影響到電路的平衡,而電路的變化也會影響到機械系統(tǒng)的振動,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器的彎曲振動，在頻率高于75kHz的情況下，是不可能達到此目的的。所以，在高頻率探測中，必須使用垂直厚度振動模式的壓電陶瓷。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,無鉛壓電陶瓷新體系的構建、壓電鐵電性能的強化以及相變機制的研究取得了長足的進步,這為無鉛壓電陶瓷的實用化奠定了實踐和理論基礎。5個冪的差異會導致在壓電陶瓷振動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，可實現(xiàn)與空氣的聲阻抗相匹配。這種結構可以使超聲波傳感器在高達數(shù)百kHz頻率的情況下，仍然能夠正常工作。