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Enhancement of Piezoelectric Properties in CaBi_(4)Ti_(4)O_(15)-based Ceramics through Bi^(3+) Self-doping Strategy
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作者 ZHOU Yangyang ZHANG Yanyan +4 位作者 YU Ziyi FU Zhengqian XU Fangfang LIANG Ruihong ZHOU Zhiyong 《无机材料学报》 北大核心 2025年第6期719-728,共10页
High-temperature piezoelectric vibration sensors are the preferred choice for structural health monitoring in harsh environments such as high temperatures and complex vibrations.Bismuth layer-structured CaBi_(4)Ti_(4)... High-temperature piezoelectric vibration sensors are the preferred choice for structural health monitoring in harsh environments such as high temperatures and complex vibrations.Bismuth layer-structured CaBi_(4)Ti_(4)O_(15)(CBT)high-temperature piezoelectric ceramics,with high Curie temperature(TC),are the key components for piezoelectric vibration sensors operating at temperatures exceeding 500℃.However,their low piezoelectric coefficient(d_(33))greatly limits their high-temperature applications.In this work,a novel Bi^(3+)self-doping strategy was employed to enhance the piezoelectric performance of CBT ceramics.The enhancement is attributed to an increase in the number of grain boundaries,providing more sites for space charge accumulation and promoting formation of space charge polarization.Furthermore,given that space charge polarization predominantly occurs at low frequencies,dielectric temperature spectra at different frequencies were used to elucidate the mechanism by which space charge polarization enhances piezoelectric properties of CBT ceramics.Excellent overall performance was achieved for the CBT-based high-temperature piezoelectric ceramics.Among them,TC reached 778℃,d_(33) increased by more than 30%,reaching 20.1 pC/N,and the electrical resistivity improved by one order of magnitude(reaching 6.33×10^(6)Ω·cm at 500℃).These advancements provide a key functional material with excellent performance for practical applications of piezoelectric vibration sensors at 500℃and above. 展开更多
关键词 high-temperature piezoelectric ceramic bismuth layer structure SELF-DOPING space charge polarization oxygen vacancy
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Effect of doped Mn on piezoelectric properties of (Na_(0.5)Bi_(0.5))_ (0.92)Ba_(0.08)TiO_3 lead-free ceramics 被引量:1
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作者 周小元 顾豪爽 李位勇 《Journal of Central South University of Technology》 2005年第3期266-268,共3页
Piezoelectric ceramics (Na0.5Bi0.5) (0.92)Ba0.08TiO3 +x%MnCO3(BNBT-Mn, x=0CD*21.6, mass fraction) were synthesized by conventional solid state reaction. The results show that when the addition of MnCO3 is 0CD*2 1.... Piezoelectric ceramics (Na0.5Bi0.5) (0.92)Ba0.08TiO3 +x%MnCO3(BNBT-Mn, x=0CD*21.6, mass fraction) were synthesized by conventional solid state reaction. The results show that when the addition of MnCO3 is 0CD*2 1.4%, BNBT-Mn ceramics exhibit a single-phase perovskite structure. With the increase of content of MnCO3, piezoelectric constant and electromechanical coupling factor increase rapidly when x is lower than 0.3. Then they both decrease when x is in the range of 0.3 and 1.6. When x=0.3, piezoelectric constant and electromechanical coupling factor reach the maximum value of 160pC/N and 58.5% respectively, which can improve the temperature stability of BNBT-Mn. 展开更多
关键词 lead-free ceramics MN piezoelectric properties
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BiScO_(3)-BiFeO_(3)-PbTiO_(3)-BaTiO_(3) high-temperature piezoelectric ceramic and its application on high-temperature acoustic emission sensor 被引量:2
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作者 FENG Chao FENG Yun-yun +4 位作者 FAN Meng-jia GENG Chao-hui LIN Xiu-juan YANG Chang-hong HUANG Shi-feng 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS CSCD 2021年第12期3747-3756,共10页
Piezoelectric ceramic based high-temperature acoustic emission(AE)sensor is required urgently in the structural health monitoring of high-temperature fields.In this research,a series of 0.45(BiSc_(x)O_(3)-BiFe_(1-x)O_... Piezoelectric ceramic based high-temperature acoustic emission(AE)sensor is required urgently in the structural health monitoring of high-temperature fields.In this research,a series of 0.45(BiSc_(x)O_(3)-BiFe_(1-x)O_(3))-0.48PbTiO_(3)-0.07BaTiO_(3)(BSc_(x)Fe_(1-x)-PT-BT,n(Sc)/n(Fe)=0.4/0.6-0.6/0.4)ceramics with both high Curie temperature and large piezoelectric constant were presented.The structure and electrical properties of BSc_(x)Fe_(1-x)-PT-BT ceramics as a function of n(Sc)/n(Fe)have been systematically investigated.All the ceramics possess a perovskite structure,and the phase approaches from the rhombohedral toward the tetragonal phase with the decrease of n(Sc)/n(Fe).The BSc_(0.5)Fe_(0.5)-PT-BT and BSc_(0.5)Fe_(0.5)-PT-BT piezoelectric ceramics exhibit good piezoelectricity(d_(33)=250-281 pC/N),high Curie temperature(T_(C)=430-450℃)and excellent temperature stability.These improvements are greatly attributed to the balance between rhombohedral and tetragonal phase near morphotropic phase boundary with dense microstructure of ceramics.AE sensor based BSc_(0.5)Fe_(0.5)-PT-BT piezoelectric ceramic was designed,prepared and tested.The high-temperature stability of AE sensor was characterized through pencil-lead breaking with in situ high-temperature test.The noise of AE sensor is less than 40 dB,and the acoustic signal is up to 90 dB at 200℃.As a result,AE sensors based on BSc_(x)Fe_(1-x)-PT-BT piezoelectric ceramics are expected to be applied into the structural health monitoring of high temperature fields. 展开更多
关键词 piezoelectric ceramics high temperature morphotropic phase boundary phase transition acoustic emission sensor
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直升机特定结构先进陶瓷材料研究进展与应用展望 被引量:1
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作者 谌广昌 段小明 +12 位作者 朱金荣 龚情 蔡德龙 李宇航 杨东雷 陈彪 李新民 邓旭东 余瑾 刘博雅 何培刚 贾德昌 周玉 《无机材料学报》 北大核心 2025年第3期225-244,共20页
为进一步拓展先进陶瓷材料在直升机结构领域的应用,本文对国内外直升机结构用先进陶瓷材料进行了审视和回顾,重点关注直升机能量冲击防护部位、能量转换部件及腐蚀防护区域等特定结构部位用各类先进陶瓷材料,对比分析国内外先进陶瓷材... 为进一步拓展先进陶瓷材料在直升机结构领域的应用,本文对国内外直升机结构用先进陶瓷材料进行了审视和回顾,重点关注直升机能量冲击防护部位、能量转换部件及腐蚀防护区域等特定结构部位用各类先进陶瓷材料,对比分析国内外先进陶瓷材料在直升机上述特定结构部位的应用差距,并提出未来发展建议。高速动态冲击能量防护部位应发展反应烧结曲面一体化成型的非透明装甲陶瓷材料和多晶透明装甲陶瓷材料,低能量冲击防护部位应发展与环氧树脂基基材兼容的金属陶瓷复合涂层,热能冲击防护部位应发展陶瓷基/树脂基混杂复合材料(Hybrid Ceramic Matrix Composite/Polymer Matrix Composite, HCMC-PMC),机械能与电能转换部件应发展以高性能微型压电陶瓷薄膜功能器件及柔性混合电子结构复合材料为代表的多功能复合材料,电磁能与热能转换部件应发展与环氧树脂基复合材料兼容的纤维增强吸波陶瓷基复合材料,腐蚀防护区域应发展高性能耐磨腐蚀防护用溶胶-凝胶涂层。同时,应大力构建直升机装备高速动态能量冲击防护机理及防护材料抗弹击性能优化机制,并发展垂直起降飞行器多功能复合材料数字试验验证技术,以显著缩短先进陶瓷材料的研发及装机应用周期并降低验证成本。 展开更多
关键词 直升机 特定结构 先进陶瓷 微型压电陶瓷 多功能复合材料 数字化试验验证技术 综述
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铅基织构压电陶瓷的发展历程、现状与挑战 被引量:1
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作者 吴杰 杨帅 +3 位作者 王明文 李景雷 李纯纯 李飞 《无机材料学报》 北大核心 2025年第6期575-586,共12页
压电材料是一种重要的信息功能材料,能够实现机械能与电能之间的相互转化。近年来,织构压电陶瓷技术已经成为研发新一代高性能压电材料的重要途径。通过调控晶粒的取向排布,织构压电陶瓷表现出类似压电单晶的优异压电性能和机电性能,并... 压电材料是一种重要的信息功能材料,能够实现机械能与电能之间的相互转化。近年来,织构压电陶瓷技术已经成为研发新一代高性能压电材料的重要途径。通过调控晶粒的取向排布,织构压电陶瓷表现出类似压电单晶的优异压电性能和机电性能,并具有良好的温度稳定性。同时,作为多晶陶瓷,织构陶瓷保留了传统陶瓷材料的制备加工简单、机械性能良好及适用共型异形等优点。本文围绕钛酸铅(PbTiO_(3),PT)基压电材料体系,从织构压电陶瓷制备技术、织构用籽晶模板以及织构压电陶瓷技术的发展历程和研究现状等方面,对相关研究结果进行系统梳理,总结织构压电陶瓷技术优势。在此基础上,分析了铅基织构压电陶瓷的模板筛选理论、织构陶瓷微观结构和宏观性能之间的构效关系,以及基于织构压电陶瓷的压电器件开发等方面存在的科学难题和未来挑战。本文旨在全面介绍织构压电陶瓷技术和理论,帮助研究者深入认识织构压电陶瓷技术,推动高性能压电陶瓷研发和制备技术发展,进而助力我国高端压电器件的创新和跨越发展。 展开更多
关键词 织构陶瓷 铅基压电材料 模板籽晶生长法 片状微晶模板 综述
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基于压电陶瓷及其复合材料的飞机除冰技术研究现状及发展趋势
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作者 张海波 罗江海 +5 位作者 徐志强 周鑫翊 马伟刚 王传民 姜胜林 谭划 《航空制造技术》 北大核心 2025年第3期32-40,66,共10页
飞机飞行过程中,悬浮的过冷水滴在飞机表面结冰,会严重影响飞机的飞行安全,除冰技术是提高飞机安全性能的重要方法。其中,压电除冰技术具有能耗低、结构简单的优点。本文综述了基于压电陶瓷及其复合材料的飞机除冰技术,探讨了低频压电... 飞机飞行过程中,悬浮的过冷水滴在飞机表面结冰,会严重影响飞机的飞行安全,除冰技术是提高飞机安全性能的重要方法。其中,压电除冰技术具有能耗低、结构简单的优点。本文综述了基于压电陶瓷及其复合材料的飞机除冰技术,探讨了低频压电共振除冰方法和高频超声波除冰法的原理、优缺点,总结了除冰系统中压电材料的发展,分析了传统含铅压电陶瓷、无铅压电陶瓷的优缺点和适用范围,展望了柔性压电复合材料在飞机除冰中的应用。制备大功率压电陶瓷与高性能压电复合材料将是飞机除冰技术中的两个重要研究方向。本文为飞机除冰技术的改进提供了思路。 展开更多
关键词 压电陶瓷 除冰 柔性压电复合材料 致动器 振动
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采用压电陶瓷检测预应力管道灌浆质量方法
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作者 张柳煜 申超强 何江波 《振动.测试与诊断》 北大核心 2025年第4期690-697,841,842,共10页
为解决预应力波纹管内灌浆密实度的快速检测难题,提出一种基于压电陶瓷(piezoelectric ceramic,简称PZT)的灌浆密实度检测方法。首先,在波纹管底部粘贴PZT传感器作为信号发射端,在上半部不同位置粘贴共3个PZT传感器作为信号接收端;其次... 为解决预应力波纹管内灌浆密实度的快速检测难题,提出一种基于压电陶瓷(piezoelectric ceramic,简称PZT)的灌浆密实度检测方法。首先,在波纹管底部粘贴PZT传感器作为信号发射端,在上半部不同位置粘贴共3个PZT传感器作为信号接收端;其次,试件由粘有传感器的波纹管、钢绞线、灌浆管道和外侧混凝土共同组成,并设置6种工况:灌浆0%、50%、80%、100%、灌浆50%存在水层、灌浆80%存在水层;最后,通过数值模拟分析信号在结构内的传播过程,利用时域分析法和小波包能量分析法对实验中接收到的信号进行处理。结果表明:不同灌浆程度会改变信号的传播路径。当灌浆程度到达接收端传感器位置或管道内部存在水层时,传感器接收到的信号能量会明显增加。随着灌浆程度的增加,提出的基于小波包能量的损伤指数逐渐变小并趋于0。此外,通过反向传播神经网络构建灌浆程度识别系统,识别准确度达到100%,验证了所提检测方法对预应力孔道灌浆密实度检测的有效性。 展开更多
关键词 管道灌浆 压电陶瓷 小波包能量 数值模拟 损伤指数 损伤识别
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Pb(Mg_(1/3)Nb_(2/3))O_(3)-Pb(Ni_(1/3)Nb_(2/3))O_(3)-Pb(ZrTi)O_(3)大应变压电陶瓷的制备及性能研究
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作者 盖学周 吴凡 +2 位作者 汪跃群 李伟 何超 《功能材料》 北大核心 2025年第2期2010-2017,共8页
提升大应变压电陶瓷的应变量及温度稳定性,具有重要的实际意义。采用传统固相反应法,制备了(0.3-x)Pb(Mg_(1/3)Nb_(2/3))O_(3)-x Pb(Ni_(1/3)Nb_(2/3))O_(3)-0.7Pb(Zr_(0.42)Ti_(0.58))O_(3)((0.3-x)PMN-xPNN-0.7PZT)大应变压电陶瓷。... 提升大应变压电陶瓷的应变量及温度稳定性,具有重要的实际意义。采用传统固相反应法,制备了(0.3-x)Pb(Mg_(1/3)Nb_(2/3))O_(3)-x Pb(Ni_(1/3)Nb_(2/3))O_(3)-0.7Pb(Zr_(0.42)Ti_(0.58))O_(3)((0.3-x)PMN-xPNN-0.7PZT)大应变压电陶瓷。研究了PNN固溶量对陶瓷烧结性能、相结构、微观结构、介电性能、铁电性能、压电性能及温度稳定性的影响。结果发现,PNN固溶,引起晶格畸变,促进陶瓷烧结,同时改变准同型相界附近三方相与四方相含量。当x=0.06时,陶瓷具有最佳电学性能:机电耦合系数k_(p)、压电常数d_(33)、居里温度T_(c)、矫顽场E_(c)分别为0.682,692 pC/N,263℃,880 V/mm;单极应变量在30 kV/cm电场及25℃温度条件下达到0.18%,并在25℃~180℃温度范围内,变化幅度<15%;退极化温度T d≈260℃。 展开更多
关键词 大应变压电陶瓷 铌镁酸铅 铌镍酸铅 准同型相界 居里温度
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基于压电陶瓷的机械密封端面变形可控研究 被引量:1
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作者 尹佳乐 赵文静 +2 位作者 孟祥铠 江锦波 彭旭东 《工程科学与技术》 北大核心 2025年第2期180-190,共11页
针对机械密封运行过程中液膜失稳不可控的问题,本文提出一种基于压电陶瓷的可控机械密封结构,通过调节端面的间隙分布,使机械密封能更好地适应工况条件的变化,以保持稳定的运行状态。首先,基于有限元软件建立了密封静环组件的压电-结构... 针对机械密封运行过程中液膜失稳不可控的问题,本文提出一种基于压电陶瓷的可控机械密封结构,通过调节端面的间隙分布,使机械密封能更好地适应工况条件的变化,以保持稳定的运行状态。首先,基于有限元软件建立了密封静环组件的压电-结构多场耦合仿真模型,分析了压电陶瓷电压和周向分布数量对机械密封静环端面变形的影响规律;其次,设计并搭建了静环端面变形测量装置,研究了压电陶瓷作用下静环端面的变形规律;最后,基于机械密封动静环的多场耦合分析模型,研究了可控机械密封在不同密封工况下的性能调控能力。结果表明:在压电陶瓷作用下,静环端面产生周向波度和径向锥度变形,并且变形量随施加电压的增加而增大,这有利于密封端面快速形成收敛锥形,进而提高液膜动静压效应,提升液膜承载力;随着静环背部周向压电陶瓷个数的增加,静环端面周向波度变形减小,径向锥度变形增大,端面变形趋于周向均匀化,使得密封端面动压效应减弱,静压效应增强,可以更好地维持密封运行的稳定性。多场耦合分析结果表明,通过增大压电陶瓷的电压,机械密封可由接触式逐渐转变为非接触式,这有利于降低密封端面磨损和端面温升,但会导致密封泄漏量增大。研究结果可为可控机械密封的设计提供理论指导。 展开更多
关键词 可控机械密封 压电陶瓷 端面变形 密封性能
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基于集成学习的压电陶瓷烧结过程质量预测建模 被引量:1
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作者 马超 翁智逸 何非 《计算机集成制造系统》 北大核心 2025年第1期147-157,共11页
烧结工艺是影响压电陶瓷成品质量的关键工艺,涉及影响因素众多,具有非线性、滞后性的特点,导致烧成品的质量难以保证。针对这一难题,通过分析烧结过程中陶瓷微观结构的变化,提出平均晶粒尺寸和烧成密度两个间接质量指标,并与压电性能指... 烧结工艺是影响压电陶瓷成品质量的关键工艺,涉及影响因素众多,具有非线性、滞后性的特点,导致烧成品的质量难以保证。针对这一难题,通过分析烧结过程中陶瓷微观结构的变化,提出平均晶粒尺寸和烧成密度两个间接质量指标,并与压电性能指标间的关系进行分析,建立质量预测模型,实现对烧结工艺的质量预测及控制。通过采取集成学习CatBoost算法,并结合贝叶斯超频带(BOHB)超参数优化算法,以五折交叉验证的方式建立了BOHB-CatBoost质量预测模型。最后,结合RMSE和R^(2)两个指标评估模型的性能,并与其他预测模型进行对比,验证了该模型具有更高的预测精度以及稳健性,对压电陶瓷的烧结生产过程具有较好的指导意义。 展开更多
关键词 压电陶瓷 质量预测 贝叶斯超频带超参数优化算法 CatBoost算法
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基于压电陶瓷作动的低频隔振器
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作者 张宇博 王琳涛 +3 位作者 李林 王晓明 徐振邦 陈洋 《空间控制技术与应用》 北大核心 2025年第1期25-32,共8页
航天器在轨定位精度容易受到环境低频微振动和有效载荷引起的内部扰动的影响.本研究设计了一种具有高刚度的串联式压电作动隔振器.建立了压电隔振器的动力学模型和多传感器复合反馈控制方法,并比较了反馈控制参数的优劣和抗干扰特性.通... 航天器在轨定位精度容易受到环境低频微振动和有效载荷引起的内部扰动的影响.本研究设计了一种具有高刚度的串联式压电作动隔振器.建立了压电隔振器的动力学模型和多传感器复合反馈控制方法,并比较了反馈控制参数的优劣和抗干扰特性.通过仿真模型验证了基于所提出的压电隔振器的可行性.通过实验验证了上述设计与仿真的准确性.结果表明,所提出的压电隔振器在1~25Hz能提供-15dB以下的基础振动衰减能力,在共振峰处可以衰减-25dB,同时具备高刚度特性.因此,该隔振器能够提供优异的低频隔振性能和惯性稳定性,有效抵抗有效载荷的内部扰动. 展开更多
关键词 压电陶瓷 主动隔振 反馈控制 动力学建模
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PZT陶瓷的低温烧结研究进展
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作者 姜昆 李乐天 +4 位作者 郑木鹏 胡永明 潘勤学 吴超峰 王轲 《无机材料学报》 北大核心 2025年第6期627-638,共12页
Pb(Zr,Ti)O_(3)(PZT)陶瓷以其优异的压电、铁电和热释电性能,在国防、医疗、通信及能源转换等领域发挥着至关重要的作用。然而PZT陶瓷的烧结温度通常超过1200℃,这不仅能源消耗高,还会造成PbO大量挥发,使PZT陶瓷偏离化学计量比而影响其... Pb(Zr,Ti)O_(3)(PZT)陶瓷以其优异的压电、铁电和热释电性能,在国防、医疗、通信及能源转换等领域发挥着至关重要的作用。然而PZT陶瓷的烧结温度通常超过1200℃,这不仅能源消耗高,还会造成PbO大量挥发,使PZT陶瓷偏离化学计量比而影响其电学性能。此外,压电叠层器件的迅速发展还进一步要求PZT陶瓷能与成本较低的金属电极在低温下进行共烧。针对上述问题,研究人员对PZT压电陶瓷的低温烧结进行了深入研究,将PZT陶瓷的烧结温度降低至1000℃以下。本文从PZT陶瓷的结构特点、物理性能出发,对低温烧结技术在PZT陶瓷领域的研究现状进行了综述,基于低温烧结原理介绍了特种烧结技术(放电等离子体烧结、热压烧结和冷烧结)和引入助烧剂(形成固溶体、液相烧结和过渡液相烧结)的低温烧结现状,系统总结了上述烧结技术对PZT压电陶瓷微观结构和电学性能的影响规律。针对引入助烧剂导致电学性能劣化的问题及可能的解决途径进行了探讨,并对PZT陶瓷低温烧结技术的发展趋势进行了展望。 展开更多
关键词 PZT 低温烧结 压电陶瓷 钙钛矿 综述
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大口径ULE分块镜曲率半径调整能力分析
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作者 赵凯伦 宋刘幸 +4 位作者 孙德伟 黄巧林 田国梁 贺金平 胡瑞 《光电工程》 北大核心 2025年第3期101-109,共9页
针对未来大口径分块光学系统在轨变构重构问题,提出一种大范围曲率可调的轻量化设计方法。首先分析了压电陶瓷材料特性与热应变本构方程之间的关系,推导出压电应变可以由热应变精确等效,并根据挠性曲线方程解算出压电陶瓷变形量,由此实... 针对未来大口径分块光学系统在轨变构重构问题,提出一种大范围曲率可调的轻量化设计方法。首先分析了压电陶瓷材料特性与热应变本构方程之间的关系,推导出压电应变可以由热应变精确等效,并根据挠性曲线方程解算出压电陶瓷变形量,由此实现对边距离为510 mm、曲率半径为9000 mm的ULE(ultra low expansion glass)分块镜参数化建模。仿真结果表明:54个交错式促动器在±20 V控制电压区间可实现分块镜曲率半径变构240.07 mm且呈高度线性变化关系。相关实验结果表明:控制电压在-25~20 V区间变化时,分块镜曲率半径变化量达223.44 mm,并且正向单位电压对应曲率半径变化量较负向大。本文提出的大范围曲率可调分块镜可为后续大口径分块光学在轨变构重构的工程化应用提供新的思路。 展开更多
关键词 分块镜 曲率半径 压电陶瓷 促动器 主动控制
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锆钛酸铅压电陶瓷的立体光刻增材制造工艺与电学性能研究
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作者 朱凯峰 贺俊超 +3 位作者 龚小龙 刘凯 孙华君 史玉升 《硅酸盐通报》 北大核心 2025年第2期679-689,706,共12页
压电陶瓷是电子元器件中的重要材料,其个性化和复杂化制造对提高压电功能器件的性能具有重要意义。然而,由于陶瓷的高脆性和高硬度,传统成形工艺在制备复杂结构时面临较大挑战。增材制造基于逐层叠加原理,理论上可制备任意复杂结构,为... 压电陶瓷是电子元器件中的重要材料,其个性化和复杂化制造对提高压电功能器件的性能具有重要意义。然而,由于陶瓷的高脆性和高硬度,传统成形工艺在制备复杂结构时面临较大挑战。增材制造基于逐层叠加原理,理论上可制备任意复杂结构,为压电陶瓷复杂构件的制备提供了新方案。本文采用立体光刻(SLA)增材制造工艺,成功制备了锆钛酸铅(PZT)复杂结构压电陶瓷骨架,研究了浆料固含量对PZT陶瓷浆料流变性能,PZT陶瓷烧结体微观形貌、相对密度及电学性能的影响。结果表明,陶瓷固含量的增加有助于晶粒在高温下的生长以及坯体的致密化,但同时增加了浆料的表观黏度,降低了浆料的固化性能,不利于复杂结构PZT的制备。本研究制备了相对密度为98.26%、压电系数d_(33)为341 pC/N的PZT基陶瓷烧结体,为增材制造高性能压电陶瓷及其复合材料提供了参考。 展开更多
关键词 压电陶瓷 锆钛酸铅 增材制造 立体光刻 固含量 电学性能
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温度稳定性优异的K_(0.5)Na_(0.5)NbO_(3)基压电陶瓷及其1-3型换能器
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作者 高天宇 刘东 +3 位作者 赵思雪 邓伟 张波萍 朱立峰 《无机材料学报》 北大核心 2025年第3期297-304,共8页
铌酸钾钠(K_(0.5)Na_(0.5)NbO_(3),KNN)基压电陶瓷具有优异的压电系数(Piezoelectric Coefficient,d_(33))和高居里温度(Curie Temperature,TC),是最有潜力取代铅基压电陶瓷的无铅压电陶瓷体系。然而,相比铅基压电陶瓷体系,KNN基陶瓷体... 铌酸钾钠(K_(0.5)Na_(0.5)NbO_(3),KNN)基压电陶瓷具有优异的压电系数(Piezoelectric Coefficient,d_(33))和高居里温度(Curie Temperature,TC),是最有潜力取代铅基压电陶瓷的无铅压电陶瓷体系。然而,相比铅基压电陶瓷体系,KNN基陶瓷体系的d_(33)温度稳定性较差,影响了其实际应用。针对该问题,本研究采用常规固相烧结法和织构工程设计制备了具有单一四方相(T相)的(K_(0.5)Na_(0.5))_(0.96)Li_(0.04)(Nb_(0.95)Sb_(0.05))O_(3)-(Bi_(0.5)Na_(0.5))ZrO_(3)(KNLNS-BNZ)织构压电陶瓷。研究发现:相比非织构陶瓷,KNLNS-BNZ织构陶瓷不仅具有更优异的压电系数(d_(33)=256 pC·N^(–1))和纵向机电耦合系数(Longitudinal Electromechanical Coupling Coefficient,k_(33)=34%),而且具有更优良的d_(33)和k_(33)温度稳定性。在温度范围25~250℃之间,KNLNS-BNZ织构陶瓷d_(33)和k_(33)的变化率分别为12%和4%。此外,本工作制备并研究了由KNLNS-BNZ织构陶瓷和环氧树脂组成的1-3型换能器。该1-3型换能器不仅具有大带宽(BW=61.2%)和优良的信号强度(f_(c)=1 MHz),而且具有良好的温度稳定性。当测量温度升高到100℃时,其带宽BW和中心频率fc分别为58.7%和0.94 MHz,与室温下的测量结果相比其变化率分别为4%和6%。以上结果表明,KNLNS-BNZ无铅压电陶瓷具有良好的压电性能和优异的温度稳定性,并且基于此制备的1-3型换能器可为新型无铅压电陶瓷的实际应用提供参考。 展开更多
关键词 铌酸钾钠 织构陶瓷 压电性能 换能器
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基于d_(33)模式的压电式多维力传感器性能研究
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作者 李芬 侯晓娟 +2 位作者 张欣 富肖严 何剑 《仪器仪表学报》 北大核心 2025年第5期32-39,共8页
随着现代制造业、机器人技术、精密测量等领域飞速发展,多维力传感器对精准测量多方向力的需求日益凸显。针对提高机械臂和复杂机械系统中力控制与反馈精确性问题,开展关于压电式多维力传感器的研究。基于压电陶瓷的d_(33)模式设计一种... 随着现代制造业、机器人技术、精密测量等领域飞速发展,多维力传感器对精准测量多方向力的需求日益凸显。针对提高机械臂和复杂机械系统中力控制与反馈精确性问题,开展关于压电式多维力传感器的研究。基于压电陶瓷的d_(33)模式设计一种可精确测量X、Y、Z这3个方向力的压电式多维力传感器。传感器采用立方体结构,压电片分别与X、Y、Z轴垂直放置,实现多维力独立测量及自解耦。在COMSOL Multiphysics中对其参数和网格进行设置,模拟分析在不同方向施加载荷时整体结构的应力分布和变形,并结合微机控制电子万能试验机、传感器和信号采集设备,建立传感器三维测量系统,实现三维力的测量与分析。研究表明,各加载方向的力可通过合理设计传递路径准确作用于目标压电片,且可测试0~500 N法向力(Z方向)及0~200 N剪切力(X、Y方向)。所设计传感器具有较好动态响应能力、良好灵敏度、高精方向性及较稳定重复性,其中Z方向灵敏度0.080 V/N,X方向灵敏度0.110 V/N,Y方向灵敏度0.113 V/N,且各方向串扰均<0.2%。本研究在多维力测量领域具有广阔应用前景,为多维力传感器设计与优化提供重要实验数据和理论支持。 展开更多
关键词 d_(33)模式 多维力传感器 压电陶瓷 有限元分析
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双金属板高灵敏压电换能器的研究
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作者 朱永基 王宏伟 于肇贤 《传感器与微系统》 北大核心 2025年第1期64-67,共4页
为有效提高水声换能器的接收灵敏度,在1-3型压电复合材料的基础上,提出了一种双金属板压电陶瓷柱阵列结构材料,即压电陶瓷柱阵列间不添加聚合物,并在上下端面粘接金属板,从而减少了压电柱间的横向耦合,减小损耗,提高了厚度振动机电耦合... 为有效提高水声换能器的接收灵敏度,在1-3型压电复合材料的基础上,提出了一种双金属板压电陶瓷柱阵列结构材料,即压电陶瓷柱阵列间不添加聚合物,并在上下端面粘接金属板,从而减少了压电柱间的横向耦合,减小损耗,提高了厚度振动机电耦合系数,同时利用声压应力放大作用提高了接收灵敏度。仿真结果表明,该结构的机电耦合系数达到0.67,相比纯压电材料与1-3型压电复合材料,分别提高约52%与9.8%。利用陶瓷切割、打磨基底以及高压粘合金属板等工艺,制备了双金属板结构压电换能器。经水下测量系统测试,发送电压响应达到154.8 dB,接收灵敏度达到-181 dB,与1-3型压电复合材料换能器相比,接收灵敏度有8.5 dB的提高。 展开更多
关键词 压电陶瓷 水声换能器 有限元分析 接收灵敏度
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Co掺杂Na_(0.5)Bi_(4.5)Ti_(4)O_(15)铋层状无铅压电陶瓷制备及电学性能研究
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作者 张飞洋 闫锋 +2 位作者 娄岳 李波江 李杰 《人工晶体学报》 北大核心 2025年第6期1061-1067,共7页
使用传统固相反应法制备了Na_(0.5)Bi_(4.5)Ti_(4)O_(15)(x=0、0.025、0.050、0.075)铋层状无铅压电陶瓷。采用XRD、SEM、EDS、XPS及相关电学参数测试系统表征了样品的晶体结构、断面形貌、氧空位情况及介电、压电、铁电等性能,探究不... 使用传统固相反应法制备了Na_(0.5)Bi_(4.5)Ti_(4)O_(15)(x=0、0.025、0.050、0.075)铋层状无铅压电陶瓷。采用XRD、SEM、EDS、XPS及相关电学参数测试系统表征了样品的晶体结构、断面形貌、氧空位情况及介电、压电、铁电等性能,探究不同Co掺杂含量对陶瓷性能的影响。结果表明:当掺杂含量x=0.050时,样品的物相组成单一均匀,晶粒呈现片层状,相对密度较高,压电常数可达34.7 pC/N,介电损耗仅为0.30%,居里温度为672℃,500℃时高温电阻率为1.62×10^(7)Ω·cm,并且具有很好的温度稳定性,说明掺杂改性后的Na_(0.5)Bi_(4.5)Ti_(3.95)Co_(0.05)O_(15)陶瓷在高温高频领域具有潜在的市场应用价值。 展开更多
关键词 CO掺杂 铋层状无铅压电陶瓷 固相反应法 压电性能 热稳定性 电学性能
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压电陶瓷3D打印研究进展
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作者 张广明 艾明理 +3 位作者 宋道森 段培开 黄杰 兰红波 《航空制造技术》 北大核心 2025年第8期46-56,共11页
压电陶瓷因具有压电性、介电性、弹性等,被广泛应用于医学成像、声传感器、声换能器、超声马达等领域。随着电子器件向着小型化、便携式发展,市场对小型且具有复杂几何形状的压电陶瓷的需求逐渐增大。采用传统技术制造的压电陶瓷虽能表... 压电陶瓷因具有压电性、介电性、弹性等,被广泛应用于医学成像、声传感器、声换能器、超声马达等领域。随着电子器件向着小型化、便携式发展,市场对小型且具有复杂几何形状的压电陶瓷的需求逐渐增大。采用传统技术制造的压电陶瓷虽能表现出良好的压电性能,但对于复杂结构的制造仍然存在挑战。增材制造技术是一种根据三维模型数据并采用材料逐层累加的方式直接制造出实体零件的先进制造技术。与传统制造技术相比,增材制造技术无需模具,可根据器件的形状设计并通过3D数字化模型直接制造实体零件,实现了零件“自由制造”,解决了许多复杂结构零件的成形问题,并大大减少了加工工序,缩短了加工周期。本文综述了当前增材制造技术在压电陶瓷制造中的发展现状,介绍了压电陶瓷在应用领域的研究进展,并对现阶段增材制造压电陶瓷技术的研究方向和前景进行了展望。 展开更多
关键词 压电陶瓷 增材制造 3D打印 制造技术 功能特性
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Bi_(4)Ti_(3)O_(12)铋层状压电陶瓷的A/B位掺杂及其电学性能
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作者 张家维 陈宁 +3 位作者 程原 王博 朱建国 金城 《无机材料学报》 北大核心 2025年第6期690-696,I0005-I0007,共10页
近年来,随着航天、航空和核能领域的快速发展,对能够在450℃及以上温度正常工作的压电陶瓷材料的需求日益迫切。钛酸铋(Bi_(4)Ti_(3)O_(12),BIT)是铋层状结构陶瓷中具有较高居里温度(TC~650℃)的压电陶瓷,能够在高温环境下工作。但是纯... 近年来,随着航天、航空和核能领域的快速发展,对能够在450℃及以上温度正常工作的压电陶瓷材料的需求日益迫切。钛酸铋(Bi_(4)Ti_(3)O_(12),BIT)是铋层状结构陶瓷中具有较高居里温度(TC~650℃)的压电陶瓷,能够在高温环境下工作。但是纯相BIT陶瓷压电常数(d_(33))和高温电阻率较低,阻碍了其在高温环境下的应用。本工作采用固相反应法制备了A位Ce离子和B位W、Ta、Sb离子共同掺杂的BIT基压电陶瓷(BCTWTaS-100x,x=0~0.04),系统研究了Ce掺杂对BIT基陶瓷结构和电学性能的影响。引入Ce离子造成BIT陶瓷晶格畸变以及畴结构变化,显著增强了陶瓷的压电性能(x=0.03时,BCTWTaS-3陶瓷d_(33)=37 pC/N)。随着离子掺杂浓度的增大,TiO_(6)八面体顶部氧原子的相对位移增大,BIT陶瓷的晶格畸变程度相应增加。BCTWTaS-3陶瓷具有较高的TC(673℃)以及高温电阻率(500℃时电阻率保持在10^(6)Ω·cm数量级)。此外,该陶瓷还表现出良好的d_(33)热稳定性,在600℃退极化2 h后,d_(33)仍能保持其初始值的85%以上。结果表明,BCTWTaS-100x陶瓷在450℃以上高温环境中具有很大的应用潜力。 展开更多
关键词 Bi_(4)Ti_(3)O_(12) 高居里温度 压电陶瓷 晶格畸变
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