压电陶瓷材料介绍及应用

压电陶瓷是一种具有压电效应的多晶体,由于它的生产工艺与陶瓷的生产工艺相似(原料粉碎、成型、高温烧结)因而得名。

压电陶瓷用于将机械参数(如压力和加速度)转换为电参数,或者反过来将电信号转换为机械运动或振动。在传感器中,它们可将力、压力和加速度转换为电信号,在声波和超声波传感器与启动器中,它们可将电压力转换为振动或形变。

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压电陶瓷按照组元分类:
1. 单元系压电陶瓷材料unit system ceramics
钛酸钡陶瓷barium titanate ceramics
钛酸铅陶瓷barium titanate ceramics
2. 二元系压电陶瓷材料barium titanate ceramics
锆钛酸铅陶瓷 Lead zirconate ceramic,PbZrxTi{1-x}O3锆钛酸铅陶瓷通常简称为PZT陶瓷,这种压电陶瓷目前受到广泛应用。
3. 三元系压电陶瓷材料 ternary system ceramics
三元系陶瓷通常是在具有钙钛矿性结构的锆钛酸铅{PbZrO3-PbTiO3}中二元系再增加第三种{化学通式为ABO3型}化合物而形成的三元系固溶体。所增加的第三种成分,它们的共同特点是在掺入PbZrO3-PbTiO3之中形成固溶体后不改变整个晶格的钙钛矿型结构。
4. 多元系压电陶瓷材料

压电陶瓷成型工艺-图片来源于PI

压电陶瓷按照特定应用情况分类:
用于电力转换器的材料(超声波应用)
用于传感器的材料(超声波发射器和接收器)
用于启动器的材料(精确定位或注射系统)
用于特殊应用的材料

压电陶瓷的应用领域
海底勘探:声纳、信标、成像、电流计;
航空航天:陀螺仪、加速度计、液位感应;
医疗产品:多普勒血流、肿瘤治疗(高强度聚焦超声)、成像、水平传感、眼科手术内工具(乳化)、牙科除垢、普通外科、组织消融、药物输送、听力增强、气泡检测;
消费品:超声波牙刷、珠宝清洁剂、隐形眼镜清洁剂、电脑硬盘、触摸屏显示器、集成、超薄扬声器和化妆品增强;
工业和商业:流量和液位传感器、超声波清洁、超声波焊接、入侵报警、织物针定位、焊料点胶、机器振动监测、气泡检测、用于改进化学混合的声化学;
电信:电信线路、蜂鸣器和报警器的光学交换、触觉反馈、手机摄像头;
汽车:动力座椅控制装置、倒车/防撞传感器、防撞传感器;
科学研究:纳米定位阶段和分析工具、扫描探头显微镜、高级声学;
石油勘探:流量和液位传感器,井下钻具监控;

我国对压电陶瓷的研究始于五十年代末期,比国外晚10年左右,目前在压电陶瓷的试制、工业生产等方面都已有相当雄厚力量,有不少材料已达到或接近国际水平。