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壓電陶瓷主要有三大類:
鈦酸鋇類(BaTiO3),原材料有二氧化鈦、碳酸鋇、碳酸鍶等;
鋯鈦酸鉛類(PbZrTiO3),原材料有二氧化鈦、氧化鋯、氧化鉛、、碳酸鍶、氧化鈮、氧化鑭等;
鈮鎂酸鉛類(PbNbMgO3),原材料有氧化鈮、氧化鎂、氧化鉛、、碳酸鍶、氧化鑭等。
壓電陶瓷材料的基本原理 壓電效應的原理是,如果對壓電材料施加壓力,它便會產(chǎn)生電位差(稱之為正壓電效應),反之施加電壓,則產(chǎn)生機械應力(稱為逆壓電效應)。如果壓力是一種高頻震動,則產(chǎn)生的就是高頻電流。而高頻電信號加在壓電陶瓷上時,則產(chǎn)生高頻聲信號(機械震動),這就是我們平常所說的超聲波信號。此時壓電陶瓷片呈低阻抗,輸出音量受輸入電流控制,因此亦稱為電流驅(qū)動型。也就是說,壓電陶瓷具有機械能與電能之間的轉(zhuǎn)換和逆轉(zhuǎn)換的功能,這種相互對應的關系確實非常有意思。
壓電材料可以因機械變形產(chǎn)生電場,也可以因電場作用產(chǎn)生機械變形,這種固有的機-電耦合效應使得壓電材料在工程中得到了廣泛的應用。例如,壓電材料已被用來制作智能結構,此類結構除具有自承載能力外,還具有自診斷性、自適應性和自修復性等功能,在未來的飛行器設計中占有重要的地位。壓電陶瓷實際上是一種經(jīng)過極化處理的、具有壓電效應的鐵電陶瓷,是信息時代的新型材料壓電陶瓷是功能陶瓷中應用極廣的一種。
細晶粒壓電陶瓷
以往的壓電陶瓷是由幾微米至幾十微米的多疇晶粒組成的多晶材料,尺寸已不能滿足需要了。減小粒徑至亞微米級,可以改進材料的加工性,可將基片做地更薄,可提高陣列頻率,降低換能器陣列的損耗,提高器件的機械強度,減小多層器件每層的厚度,從而降低驅(qū)動電壓,這對提高疊層變壓器、制動器都是有益的。減小粒徑有上述如此多的好處,但同時也帶來了降低壓電效應的影響。為了克服這種影響,人們更改了傳統(tǒng)的摻雜工藝,使細晶粒壓電陶瓷壓電效應增加到與粗晶粒壓電陶瓷相當?shù)乃?。在壓電陶瓷生產(chǎn)中,極化工序的作用,就是在陶瓷片上加一個足夠高的直流電場,迫使陶瓷內(nèi)部的電疇轉(zhuǎn)向,或者說迫使自發(fā)極化作定向排列?,F(xiàn)在制作細晶粒材料的成本已可與普通陶瓷競爭了。近年來,人們用細晶粒壓電陶瓷進行了切割研磨研究,并制作出了一些高頻換能器、微制動器及薄型蜂鳴器(瓷片20-30um厚),證明了細晶粒壓電陶瓷的優(yōu)越性。隨著納米技術的發(fā)展,細晶粒壓電陶瓷材料研究和應用開發(fā)仍是近期的熱點。
壓電陶瓷片的應用 壓電陶瓷片主要用于壓電揚聲器、傳聲器、超聲延遲線、測量振動和測量壓力的傳感器、電話中的送受話器等方面作機械能(聲能)轉(zhuǎn)換成電能,或者在低功率下由電能轉(zhuǎn)換成機械能的換能元件;絕緣裝置瓷簡稱裝置瓷,具有優(yōu)良的電絕緣性能,用作電子設備和器件中的結構件、基片和外殼等的電子陶瓷。也可應用于超聲波清洗焊接、探傷、超聲診斷、水聲發(fā)射、引燃、引爆等作高壓強功率時將電能轉(zhuǎn)換成機械能的換能組成元件。