史上最全關(guān)于壓電陶瓷的介紹

壓電陶瓷，一種能夠?qū)C(jī)械能和電能互相轉(zhuǎn)換的功能陶瓷材料，屬于無(wú)機(jī)非金屬材料。壓電陶瓷利用其材料在機(jī)械應(yīng)力作用下，引起內(nèi)部正負(fù)電荷中心相對(duì)位移而發(fā)生極化，導(dǎo)致材料兩端表面出現(xiàn)符號(hào)相反的束縛電荷即壓電效應(yīng)而制作，具有敏感的特性，壓電陶瓷主要用于制造超聲換能器、水聲換能器、電聲換能器、陶瓷濾波器、陶瓷變壓器、陶瓷鑒頻器、高壓發(fā)生器、紅外探測(cè)器、聲表面波器件、電光器件、引燃引爆裝置和壓電陀螺等，除了用于高科技領(lǐng)域，它更多的是在日常生活中為人們服務(wù)，為人們創(chuàng)造更美好的生活而努力。

發(fā)展歷史

1880年，居里兄弟首先發(fā)現(xiàn)電氣石的壓電效應(yīng)，從此開(kāi)始了壓電學(xué)的歷史。

1881年，居里兄弟實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了逆壓電效應(yīng)，給出石英相同的正逆壓電常數(shù)。

1894年，Voigt指出，僅無(wú)對(duì)稱中心的二十種點(diǎn)群的晶體才有可能具有壓電效應(yīng)，石英是壓電晶體的一種代表，它被取得應(yīng)用。

第一次世界大戰(zhàn)，居里的繼承人郎之萬(wàn)，最先利用石英的壓電效應(yīng)，制成了水下超聲探測(cè)器，用于探測(cè)潛水艇，從而揭開(kāi)了壓電應(yīng)用史篇章。

第二次世界大戰(zhàn)中發(fā)現(xiàn)了BaTiO3陶瓷，壓電材料及其應(yīng)用取得劃時(shí)代的進(jìn)展。

1946年美國(guó)麻省理工學(xué)院絕緣研究室發(fā)現(xiàn)，在鈦酸鋇鐵電陶瓷上施加直流高壓電場(chǎng)，使其自發(fā)極化沿電場(chǎng)方向擇優(yōu)取向，除去電場(chǎng)后仍能保持一定的剩余極化，使它具有壓電效應(yīng)，從此誕生了壓電陶瓷。

1947年，美國(guó)Roberts在BaTiO3陶瓷上，施加高壓進(jìn)行極化處理，獲得了壓電陶瓷的電壓性，隨后，日本積極開(kāi)展利用BaTiO3壓電陶瓷制作超聲換能器、高頻換能器、壓力傳感器、濾波器、諧振器等各種壓電器件的應(yīng)用研究，這種研究一直進(jìn)行到50年代中期。

1955年，美國(guó)B.Jaffe等人發(fā)現(xiàn)了比BaTiO3壓電性更優(yōu)越的PZT壓電陶瓷，促使壓電器件的應(yīng)用研究又大大地向前推進(jìn)了一大步。BaTiO3時(shí)代難于實(shí)用化的一些用途，特別是壓電陶瓷濾波器和諧振器，隨著PZT的問(wèn)世，而迅速地實(shí)用化，應(yīng)用聲表面波（SAW）的濾波器、延遲線和振蕩器等SAW器件，在七十年代后期也取得了實(shí)化。

壓電陶瓷特性

壓電陶瓷具有敏感的特性，可以將極其微弱的機(jī)械振動(dòng)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，可用于聲納系統(tǒng)、氣象探測(cè)、遙測(cè)環(huán)境保護(hù)、家用電器等。壓電陶瓷對(duì)外力的敏感使它甚至可以感應(yīng)到十幾米外飛蟲(chóng)拍打翅膀?qū)諝獾臄_動(dòng)，用它來(lái)制作壓電地震儀，能精確地測(cè)出地震強(qiáng)度，指示出地震的方位和距離。這不能不說(shuō)是壓電陶瓷的一大奇功。

壓電陶瓷在電場(chǎng)作用下產(chǎn)生的形變量很小，最多不超過(guò)本身尺寸的千萬(wàn)分之一，別小看這微小的變化，基于這個(gè)原理制做的精確控制機(jī)構(gòu)－－壓電驅(qū)動(dòng)器，對(duì)于精密儀器和機(jī)械的控制、微電子技術(shù)、生物工程等領(lǐng)域都是一大福音。

諧振器、濾波器等頻率控制裝置，是決定通信設(shè)備性能的關(guān)鍵器件，壓電陶瓷在這方面具有明顯的優(yōu)越性。它頻率穩(wěn)定性好，精度高及適用頻率范圍寬，而且體積小、不吸潮、壽命長(zhǎng)，特別是在多路通信設(shè)備中能提高抗干擾性，使以往的電磁設(shè)備無(wú)法望其項(xiàng)背而面臨著被替代的命運(yùn)。

壓電陶瓷應(yīng)用

1、聲音轉(zhuǎn)換器聲音轉(zhuǎn)換器是最常見(jiàn)的應(yīng)用之一。像拾音器、傳聲器、耳機(jī)、蜂鳴器、超聲波探深儀、聲納、材料的超聲波探傷儀等都可以用壓電陶瓷做聲音轉(zhuǎn)換器。如兒童玩具上的蜂鳴器就是電流通過(guò)壓電陶瓷的逆壓電效應(yīng)產(chǎn)生振動(dòng)，而發(fā)出人耳可以聽(tīng)得到的聲音。壓電陶瓷通過(guò)電子線路的控制，可產(chǎn)生不同頻率的振動(dòng)，從而發(fā)出各種不同的聲音。例如電子音樂(lè)賀卡，就是通過(guò)逆壓電效應(yīng)把交流音頻電信號(hào)轉(zhuǎn)換為聲音信號(hào)。

2、超聲波換能器 適用于用于超聲波焊接設(shè)備以及超聲波清洗設(shè)備，主要采用大功率發(fā)射型壓電陶瓷制作，超聲波換能器是一種能把高頻電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的裝置，超聲波換能器作為能量轉(zhuǎn)換器件，它的功能是將輸入的電功率轉(zhuǎn)換成機(jī)械功率（即超聲波）再傳遞出去，而它自身消耗很少的一部分功率。

3、壓電打火機(jī) 煤氣灶上用的一種新式電子打火機(jī)，就是利用壓電陶瓷制成的。只要用手指壓一下打火按鈕，打火機(jī)上的壓電陶瓷就能產(chǎn)生高電壓，形成電火花而點(diǎn)燃煤氣，可以長(zhǎng)久使用。所以壓電打火機(jī)不僅使用方便，安全可靠，而且壽命長(zhǎng)，例如一種鈦鉛酸鉛壓電陶瓷制成的打火機(jī)可使用100萬(wàn)次以上。

4、防核護(hù)目鏡 核試驗(yàn)員帶上用透明壓電陶瓷做成的護(hù)目鏡后，當(dāng)核爆炸產(chǎn)生的光輻射達(dá)到危險(xiǎn)程度時(shí)，護(hù)目鏡里的壓電陶瓷就把它轉(zhuǎn)變成瞬時(shí)高壓電，在1/1000 s里，能把光強(qiáng)度減弱到只有1/10000，當(dāng)危險(xiǎn)光消失后，又能恢復(fù)到原來(lái)的狀態(tài)。這種護(hù)目鏡結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，只有幾十克重，安裝在防核護(hù)目頭盔上攜帶十分方便。

5、壓電引爆器 自從第一次世界大戰(zhàn)中英軍發(fā)明了坦克，并首次在法國(guó)索姆河的戰(zhàn)斗中使用而重創(chuàng)了德軍后，坦克在多次戰(zhàn)斗中大顯身手。然而到了20世紀(jì)六七十年代，由于反坦克武器的發(fā)明，坦克失去了昔日的輝煌。彈頭上裝有壓電陶瓷，它能把相碰時(shí)的強(qiáng)大機(jī)械力轉(zhuǎn)變?yōu)樗查g高電壓，爆發(fā)火花而引爆炸藥。

6、聲納 在海戰(zhàn)中，最難對(duì)付的是潛艇，它能長(zhǎng)期在海下潛航，神不知鬼不覺(jué)地偷襲港口、艦艇，使敵方大傷腦筋。如何尋找敵潛艇？靠眼睛不行，用雷達(dá)也不行，因?yàn)殡姶挪ㄔ诤Ｋ飼?huì)急劇衰減，不能有效地傳遞信號(hào)，探測(cè)潛艇靠的是聲納------水下耳朵。壓電陶瓷就是制造聲納的材料，它發(fā)出超聲波，遇到潛艇便反射回來(lái)，被接收后經(jīng)過(guò)處理，就可測(cè)出敵潛艇的方位、距離等。