壓電陶瓷的特性有哪些

壓電陶瓷是一種能夠?qū)C械能和電能互相轉(zhuǎn)換的信息功能陶瓷材料-壓電效應(yīng),壓電陶瓷除具有壓電性外,還具有介電性、彈性等,已被廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)成像、聲傳感器、聲換能器、超聲馬達等。壓電陶瓷利用其材料在機械應(yīng)力作用下，引起內(nèi)部正負電荷中心相對位移而發(fā)生極化，導(dǎo)致材料兩端表面出現(xiàn)符號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。


常用的壓電陶瓷有鈦酸鋇系、鋯鈦酸鉛二元系及在二元系中添加第三種ABO3(A表示二價金屬離子，B表示四價金屬離子或幾種離子總和為正四價）型化合物，如：Pb(Mn1/3Nb2/3）O3和Pb(Co1/3Nb2/3）O3等組成的三元系。如果在三元系統(tǒng)上再加入第四種或更多的化合物，可組成四元系或多元系壓電陶瓷。此外，還有一種偏鈮酸鹽系壓電陶瓷，如偏鈮酸鉀鈉（Na0.5·K0.5·NbO3）和偏鈮酸鍶鋇（Bax·Sr1-x·Nb2O5）等，它們不含有毒的鉛，對環(huán)境保護有利。


壓電特性的物理機制
經(jīng)過極化了的壓電陶瓷片的兩端會出現(xiàn)束縛電荷,所以在電極表面上吸附了一層來自外界的自由電荷。當(dāng)給陶瓷片施加一外界壓力F時，片的兩端會出現(xiàn)放電現(xiàn)象。相反加以拉力會出現(xiàn)充電現(xiàn)象。這種機械效應(yīng)轉(zhuǎn)變成電效應(yīng)的現(xiàn)象屬于正壓電效應(yīng)。
另外,壓電陶瓷具有自發(fā)極化的性質(zhì),而自發(fā)極化可以在外電場的作用下發(fā)生轉(zhuǎn)變。因此當(dāng)給具有壓電性的電介質(zhì)加上外電場時會發(fā)生如圖所示的變化,壓電陶瓷會有變形。然而,壓電陶瓷之所以會有變形,是因為當(dāng)加上與自發(fā)極化相同的外電場時,相當(dāng)于增強了極化強度。極化強度的增大使壓電陶瓷片沿極化方向伸長。相反,如果加反向電場,則陶瓷片沿極化方向縮短。這種由于電效應(yīng)轉(zhuǎn)變成機械效應(yīng)的現(xiàn)象是逆壓電效應(yīng)。


其他特性
壓電陶瓷具有敏感的特性，可以將極其微弱的機械振動轉(zhuǎn)換成電信號，可用于聲納系統(tǒng)、氣象探測、遙測環(huán)境保護、家用電器等。壓電陶瓷對外力的敏感使它甚至可以感應(yīng)到十幾米外飛蟲拍打翅膀?qū)諝獾臄_動，用它來制作壓電地震儀，能準確地測出地震強度，指示出地震的方位和距離。這不能不說是壓電陶瓷的一大奇功。
壓電陶瓷在電場作用下產(chǎn)生的形變量很小，不超過本身尺寸的千萬分之一，別小看這微小的變化，基于這個原理制做的準確控制機構(gòu)－－壓電驅(qū)動器，對于精密儀器和機械的控制、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，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)備無法望其項背而面臨著被替代的命運。