本标准规定了压电陶瓷材料性能的测试条件、测试方法和振动模式下的测试方法。本标准适用于压电陶瓷材料居里温度、纵向压电应变常数(静态)、强场介电性能、热释电系数的参数测试，压电陶瓷材料柱体纵向长度伸缩、圆片厚度伸缩和长方片厚度切变振动模式下的参数测试。 本标准自实施之日起，代替ＧＢ／Ｔ３３８９．２—１９９９、ＧＢ／Ｔ３３８９．３—２００１、ＧＢ／Ｔ３３８９．４—１９８２、ＧＢ／Ｔ３３８９．５—１９９５、ＧＢ／Ｔ３３８９．６—１９９７。ＧＢ／Ｔ３３８９．７—１９８６和ＧＢ／Ｔ３３８９．８—１９８６。 本标准与ＧＢ／Ｔ３３８９．２—１９９９、ＧＢ／Ｔ３３８９．３—２００１、ＧＢ／Ｔ３３８９．４—１９８２、ＧＢ／Ｔ３３８９．５—１９９５、ＧＢ／Ｔ３３８９．６—１９９７、ＧＢ／Ｔ３３８９．７—１９８６和ＧＢ／Ｔ３３８９．８—１９８６相比，主要有下列变化：———修订了相关符号；———修改了测试条件；———确定了试样极化后的存放时间；———增加了强场介电性能测试步骤中的“保持电压１ ｍｉｎ及每次测量后电压应降到０Ｖ，并保持２ｍｉｎ后再继续测量”的内容；———增加了柱体纵向和圆片厚度伸缩振动模式的“电桥法”测试方法；统一了柱体纵向、圆片厚度和长方片厚度切变振动模式的传输线路法测试方法，并将其规定列为附录Ｄ；———统一了柱体纵向、圆片厚度和长方片厚度切变振动模式的测试信号要求。 GB/T 3389-2008 压电陶瓷材料性能测试方法 性能参数的测试 GB/T3389-2008 标准下载解压密码：www.bzxz.net

ICS31-030
中华人民共和国国家标准
GB/T3389-2008
代替GB/T3389.2—1999,GB/T3389.3—2001,GB/T3389.4—1982,GB/T3389.5—1995,GB/T3389.6—1997，GB/T3389.7—1986,GB/T3389.8-1986压电陶瓷材料性能测试方法
性能参数的测试
Testmethods for theproperties of piezoelectric ceramics-Testfortheperformanceparameter2008-08-04发布
中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局中国国家标准化管理委员会
2009-02-01实施
1范围
2规范性引用文件
3术语、定义和符号
测试条件
4.1测试的大气条件
4.2仲裁测试的大气条件
性能测试
居里温度
纵向压电应变常数(静态)
强场介电性能
热释电系数
柱体纵向长度伸缩振动模式
圆片厚度伸缩振动模式
长方片厚度切变振动模式
5.8特征频率和动态电阻的传输线路法测试附录A（规范性附录）Af/f，与kss对应数值附录B（规范性附录）
附录C（规范性附录）
附录D（规范性附录）
泛音比fs:/fs与kt、kis的关系
f/f，与kt、k1s的关系
特征频率和动态电阻的传输线路法测试GB/T3389—2008
GB/T3389—2008
本标准是对GB/T3389.2--1999《压电陶瓷材料性能测试方法纵向压电应变常数d33的静态测试》、GB/T3389.3—2001《压电陶瓷材料性能测试方法居里温度Tc的测试》、GB/T3389.4--1982《压电陶瓷材料性能测试方法柱体纵向长度伸缩振动模式》、GB/T3389.5--1995《压电陶瓷材料性能测试方法圆片厚度伸缩振动模式》、GB/T3389.6一1997《压电陶瓷材料性能测试方法长方片厚度切变振动模式》、GB/T3389.7--1986《压电陶瓷材料性能测试方法强场介电性能的测试》和GB/T3389.8一1986《压电陶瓷材料性能测试方法热释电系数的测试》的整合修订。本标准自实施之日起，代替GB/T3389.2—1999、GB/T3389.3—2001、GB/T3389.4—1982、GB/T3389.5-1995、GB/T3389.6—1997。GB/T3389.7—1986和GB/T3389.8-1986。本标准与GB/T3389.2—1999、GB/T3389.3—2001、GB/T3389.4—1982、GB/T3389.5—1995、GB/T3389.6--1997、GB/T3389.7—1986和GB/T3389.8—1986相比，主要有下列变化：修订了相关符号；
修改了测试条件；
确定了试样极化后的存放时间；-增加了强场介电性能测试步骤中的“保持电压1min及每次测量后电压应降到oV，并保持2min后再继续测量”的内容；
增加了柱体纵向和圆片厚度伸缩振动模式的“电桥法”测试方法；统一了柱体纵向、圆片厚度和长方片厚度切变振动模式的传输线路法测试方法，并将其规定列为附录D；统一了柱体纵向、圆片厚度和长方片厚度切变振动模式的测试信号要求。本标准附录A、附录B、附录C和附录D均为规范性附录。本标准由中国船舶工业集团公司提出。本标准由全国海洋船标准化技术委员会船用材料应用工艺分技术委员会归口。本标准起草单位：中国船舶工业集团公司国营第七二-厂、中国船舶重工集团公司第七一五研究所。
本标准主要起草人：朱斌、张晖、张丽英、俞锁龙。本标准所代替标准的历次版本发布情况为：GB/T3389.2—1982、GB/T3389.2—1999;GB/T3389.3—1982、GB/T3389.3—2001;-GB/T3389.4—1982；
GB/T3389.5—1982、GB/T3389.5—1995;GB/T3389.6—1982,GB/T3389.6—1997;-GB/T3389.7—1986；
GB/T3389.8-—1986。
1范围
压电陶瓷材料性能测试方法
性能参数的测试
GB/T3389—2008
本标准规定了压电陶瓷材料性能的测试条件、测试方法和振动模式下的测试方法。本标准适用于压电陶瓷材料居里温度、纵向压电应变常数（静态）、强场介电性能、热释电系数的参数测试，压电陶瓷材料柱体纵向长度伸缩、圆片厚度伸缩和长方片厚度切变振动模式下的参数测试。2规范性引用文件
下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注口期的引用文件，其随后所有的修改单(不包括勘误的内容)或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。GB/T2413压电陶瓷材料体积密度测量方法GB/T2414.1压电陶瓷材料性能试验方法圆片径向伸缩振动模式GB/T3389.1铁电压电陶瓷词汇
CB/T1218-1993水声常用压电陶瓷元件3术语、定义和符号
GB/T3389.1中确立的术语、定义和符号适用于本标准。4测试条件
测试的大气条件
测试的大气条件如下：
温度：15℃~35℃；
b）相对湿度：25%~75%；
大气压力：86kPa～106kPa。
4.2仲裁测试的大气条件
仲裁测试的大气条件如下：
温度：25℃±2℃；
b）相对湿度：45%~55%；
大气压力：86kPa~106kPa。
5性能测试
5.1居里温度
5.1.1测试原理
当温度高于居里温度(Tc)时，压电陶瓷处于顺电相，自发极化和压电性也随之而消失。在居里温..度处，压电陶瓷材料的许多物理性质，如电容率、热容量、线膨胀系数都将发生突变，因此，只要测定这种突变点对应的温度就能确定压电陶瓷材料的居里温度。本标准采用测试试样电容率突变点来确定压电陶瓷材料的居里温度，并推荐采用阻抗分析仪来测量这个突变点。1
GB/T 3389--2008
5.1.2试样
5.1.2.1试样为带有电极的未极化薄片。推荐尺寸20mmX1mm，尺寸公差应符合CB/T12181993表5中3级的要求。
5.1.2.2试样应保持清洁、干燥。5.1.3测试装置及设备
5.1.3.1测试装置
居里温度测试装置见图1。
记录仪；
阻抗分析仪；
3—电炉；免费标准下载网bzxz
4-—试样；
热电偶；
冰点。
图1居里温度测试装置
测试设备
居里温度测试设备及要求如下：a)
记录仪测量最大允许误差为士1%；阻抗分析仪测量最大允许误差为士1%；电炉炉膛内温度误差为士2℃；
热电偶分度号为k，等级为I。
居里温度测试步骤如下：
将试样置于炉膛内，热电偶测量端距试样表面为1mm～2mm。按图1测试装置接线，调节阻抗分析仪的频率至一定值，而后维持其频率不变；电炉以速率为3℃/min～4℃/min升温（或降温），居里温度附近其速率为1℃/min～2℃/min。在记录仪上读出电容或电纳随温度变化曲线的峰值，此峰值对应的温度即为该试样的居里温c)
度。若曲线上出现一个以上的峰值，它们对应的温度均为相变温度，最高的相变温度为居里温度。
5.2纵向压电应变常数(静态）
5.2.1测试原理
在没有外电场的作用，满足电学短路条件，试样沿极化方向受力时，其电位移分量按公式(1)计算。D33=d33T
式中：
-电位移分量的数值，单位为库仑每平方米(C/m\)；（1）
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-纵向压电应变常数的数值，单位为库仑每牛顿或米每伏特(C/N或m/V)；T3一纵向应力的数值，单位为牛顿每平方米(N/m2），当试样受力面积与释放电荷面积相等，并且接在试样上的电容远大于试样的自由电容时，公式（1)可写成公式(2)形式。
ds=岚=
式中：
Q3——试样释放压力后所产生的电荷量的数值,单位为库仑(C)；F3
试样在测量时所受的力的数值，单位为牛顿(N)；c
并联电容的数值，单位为法拉(F)；V
静电计所测得的电压的数值，单位为伏特(V)。5.2.2试样
.（2）
5.2.2.1推荐尺寸20mm×5mm~20mm×10mm。试样表面应平整，两个主平面的平行度应不大于厚度公差的一半，尺寸公差应符合CB/T1218一1993表5中3·级的要求。5.2.2.2试样应保持清洁、干燥。试样的两个主平面上应全部涂覆金属电极层，沿厚度方向进行极化处理，极化后存放时间应不小于72h，并在4.1的环境条件下置放2h后进行测试。5.2.3测试装置及设备
5.2.3.1测试装置
纵向压电应变常数测试装置见图2。F
1静电计；
2、6-
3、5-
加压装置的绝缘座；
-加压装置的上下引出电极；
试样；
并联电容器；
F—施加于试样的力；
K—短路开关。
图2纵向压电应变常数测试装置
5.2.3.2测试设备
纵向压电应变常数测试设备及要求如下：a）整个检测系统的绝缘电阻大于1×101°α,并保持良好的接地；b）..静电计的灵敏度应不低于0.1mV,输人阻抗大于1×101°α，测量最大允许误差为士5%；c）并联电容器的电容量大于试样自由电容100倍以上；d）加压装置应有缓冲功能，以保证加压时对试样仅有静压力而无冲击力，并能在1s之内迅速卸3
GB/T3389-—2008
压；施加的压力应垂直于试样表面，卸压时试样不受振动且无侧向移动，引出电极的大小应覆盖试样金属电极面，压力误差应不大于1%。5.2.4测试
纵向压电应变常数测试步骤如下：将试样放人图2所示加压装置的上下引出电极的中心位置；a)
合上短路开关K；
缓慢加压，施加于试样上的应力为1×105N/m2～1×101°N/m；校准静电计的零点；
断开短路开关，在1s之内迅速释放施加于试样上的压力；记下静电计上电压的稳定读数；根据测得的电压和施加于试样上的压力及并接在试样上的电容，按公式(2)计算纵向压电应变常数。
5.3强场介电性能
5.3.1测试原理
压电陶瓷材料的自由相对电容率和介电损耗角正切值与温度、湿度、交变电场的频率、场强和施加电压时间有关，本标准所指的强场介电性能即是在强交变电场作用下的介电性能，一般指自由相对电容率和介电损耗角正切值。本标准采用图3所示的1kHz高压西林电桥测强场介电性能。f=1 kHz
十进制可变电容箱；
标准电容器；
一试样的电容；
零值指示器；
高频十进制可变电阻箱；
-1kHz高压信号源。
图31kHz高压西林电桥电路图
当图3的电桥达到平衡时，公式(3)成立：Cx
又根据定义：
(1+tan8
tand= wC,R
（3）
（4）
式中：
一电容箱电容的数值,单位为法拉(F)；Cx—试样电容的数值,单位为法拉(F)；标准电容器电容的数值,单位为法拉(F)；CN
电阻箱电阻的数值，单位为欧姆(Q)；试样的介电损耗角正切值的数值；角频率的数值，单位为弧度每秒(rad/s)当tano<0.1时，公式(3)可用公式(5)代替。c- ar
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为了便于直接读出介电损耗角正切值，因为=2元×1000rad/s，取R，=1000/(2元)~159.2Q，则得到公式（6)、公式（7）。
Cx = Cn
tand=C×106
根据公式(6)可得到公式(8)。
式中：
e———自由相对电容率的数值；Co
= C REA
-真空电容率的数值8.85X10-12，单位为法拉每米(F/m）；t——试样厚度的数值,单位为米(m);一试样的电极面积的数值，单位为平方米（m\）。A-
5.3.2试样
·（6）
（8）
5.3.2.1推荐试样尺寸20mm×1mm，尺寸公差应符合CB/T1218一1993表5中3级的要求。5.3.2.2试样应保持清洁、干燥，两个主平面上应全部涂覆金属电极层，沿厚度方向进行极化处理。极化后存放时间应不小于72h，并在4.1的环境条件下置放2h后进行测试。5.3.3测试电路及设备
5.3.3.1测试电路
强场介电性能测试电路见图3。
5.3.3.2测试设备
a）最高输出电压应不小于1000V；频率：1kHz；波形：正弦波，失真度应不大于5%；电场强度应根据不同瓷料选取200V/mm、400V/mm或600V/mm。测量范围：电容为2×10pF～2×10*pF，损耗角正切值为1×10-3~1。b）
测量误差：在介电损耗角正切值小于0.1时，电容测量相对误差为土1%：介电损耗角正切值c)
测量相对误差为士15%。
5.3.3.3测试夹具
夹具应清洁、干燥，在测试电压下，绝缘电阻应不小于1×10\°α。5.3.4测试
强场介电性能测试步骤如下：
a）将试样置于测试夹具中，按图3连接电路。缓慢增加电压至所需要的值，并在该电压值上保持1min，这期间分别反复调节电阻箱和电容箱，使零值指示器的指示数值最小；读取电阻箱和电容箱的数值。在每次测量后，电压应降到0V,并保持2min后再继续测量。b）将所读取的电阻箱电阻值和电容箱电容值代入公式(5)、公式(6)，则可算出试样的自由相对5
GB/T3389—-2008
电容率和介电损耗角正切值。
5.4热释电系数
5.4.1测试原理
采用电荷积分法测量压电陶瓷材料的热释电系数。测试装置见图4。该方法通过测量在电容器上积累的热释电电荷，测定剩余极化随温度的变化情况。使用静电计测得积分电容两端电压，输出至函数记录仪Y端，由于积分电容值远大于试样电容值，其两端的电压变化正比于试样剩余极化的变化。同时，用X端记录试样温度变化，可得到热释电电荷Q随温度T变化的曲线，微分该曲线得到热释电系数，见公式（9），从所得QT曲线上求得所需温度点的曲线斜率为该温度的热释电系数，见公式（10）。pm =
C.dVCi.AV
A&T=AAT
式中：
热释电系数的数值，单位为库仑每摄氏度平方米[C/(℃·m)]；积分电容值的数值，单位为法拉(F)；A-—试样面积的数值,单位为平方米(m\)；温度变化值的数值，单位为摄氏度(℃)；AT
-对应于△T的积分电容两端的电压变化值的数值，单位为伏特(V)。5
冰点；
测温热电偶；
屏蔽温度室；
一试样；
绝缘保温层；
积分电容；
静电计；
函数记录仪；
加热器；
试样绝缘支架；
绝缘油。
图4积分电荷法热释电系数测试装置5.4.2试样
（10）
5.4.2.1推荐尺寸电极面积约100mm2，厚度应不大于0.5mm，尺寸公差应符合CB/T12181993表5中3级的要求。
GB/T3389—2008
5.4.2.2试样应保持清洁、干燥，试样应全部涂覆金属电极层，沿厚度方向进行极化处理，电阻应不小于1×10°α，极化后存放时间应不小于72h，并在4.1的环境条件下置放2h后进行测试。5.4.3测试装置及设备
5.4.3.1测试装置
热释电系数测试装置见图4。
5.4.3.2测试设备
热释电系数测试设备及要求如下：加温油槽应由铜制成，外壳接地以屏蔽外来信号的干扰；a）
热电偶分度号为k、等级为I；
加热器及温控设备应能控制试样温升速率在2℃/min～5℃/min范围以内；积分电容一般为10μF直流电阻应不小于1×10°α，具体数值按被测试样电容量大小及热释电系数大小而定；
静电计的灵敏度应不低于0.1mV，输人阻抗应不小于1×10°α2，测量最大允许误差为士5%；函数记录仪的相对误差应不大于1%；整个系统放电时间常数应不小于4×10°s，系统总电阻应大于5×10°Q2(相对于采用10μF积分电容而言）。
5.4.4测试
热释电系数测试步骤如下：
a）按图4接线，将试样置于样品架上，浸没于绝缘油中，热电偶测量端距试样表面为1mm一2mm;
b）对油槽加温升温至85℃，升温速率应控制在2℃/min～5℃/min，并进行记录；c）按公式(10)计算该温度的热释电系数。5.5柱体纵向长度伸缩振动模式
5.5.1测试原理
在纵向长度伸缩振动模式中，激励电场平行于弹性波的传播方向，弹性刚度(或柔顺)常数与机电耦合效应相关，包含基波及高次谐波的等效电路见图5；在基波谐振频率附近，有机械损耗时的等效电路见图6。
C，Cs部分受夹电容；
动态电容；
动态电感；
R、RR.动态电阻。
图5包含基波及高次谐波振动，有机械损耗时试样的等效电路GB/T3389--2008
C-动态电容；
C--并联电容；
动态电感；
R---—动态电阻。
图6基波谐振频率附近，有机械损耗时试样的等效电路在基波附近，导纳用公式(11)表示为。jwCT(1—)
式中：
导纳的数值，单位为西门子(S)；自由电容的数值,单位为法拉(F)；f，并联谐振频率的数值，单位为赫兹(Hz)；f—任一频率的数值,单位为赫兹(Hz)；k33
一纵向机电耦合系数。
（11）
在不考患介电损耗的情况下，试样纵向长度伸缩振动模式的导纳Y随着频率的变化，在电导-电纳复数平面上的轨迹是一个圆，见图7。电纳
f.申联谐振频率；
f,—并联谐振频率；
f.—谐振频率(电纳为零);；
f.——反谐振频率(电纳为零)；fm——最小阻抗题率；
f.最大阻抗频率。
图7试样的导纳圆图
从图7可得出，这些频率间的关系如下：8
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