第一節(jié) 產(chǎn)品定義、性能及應(yīng)用特點(diǎn)

1、產(chǎn)品定義

壓電陶瓷材料是一能夠?qū)C(jī)械能和電能互相轉(zhuǎn)換的功能陶瓷材料。壓電陶瓷屬于無(wú)機(jī)非金屬材料。這是一種具有壓電效應(yīng)的材料。所謂壓電效應(yīng)是指某些介質(zhì)在力的作用下，產(chǎn)生形變，引起介質(zhì)表面帶電，這是正壓電效應(yīng)。反之，施加激勵(lì)電場(chǎng)，介質(zhì)將產(chǎn)生機(jī)械變形，稱逆壓電效應(yīng)。這種奇妙的效應(yīng)已經(jīng)被科學(xué)家應(yīng)用在與人們生活密切相關(guān)的許多領(lǐng)域，以實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換、傳感、驅(qū)動(dòng)、頻率控制等功能。

2、產(chǎn)品分類

壓電陶瓷材料按主要組成晶體結(jié)構(gòu)分類：

（1）鈣鈦結(jié)構(gòu)礦

具有鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的鐵電，壓電陶瓷屬于ABO3型氧八面體，其中A為一價(jià)或二價(jià)金屬離子，而B(niǎo)為四價(jià)或五價(jià)金屬。半徑較大的A正離子，半徑較小的B正離子和氧離子分別位于晶胞格子的頂角，體心和面心。如圖所示。這種結(jié)構(gòu)也可看成是一組BO6八面體按簡(jiǎn)立方圖樣排列而成，各氧八面體由公有的氧離子聯(lián)結(jié)，A正離子占據(jù)氧八面體之間的空隙，鈣鈦礦原胞是立方的，也可畸變成具有三角和四方對(duì)稱性。鈦酸鋇，鈦酸鉛，鋯鈦酸鉛和KxNa1-xNbO3等鐵電壓電陶瓷具有鈣鈦礦結(jié)構(gòu)。

（2）鎢青銅結(jié)構(gòu)

具有鎢青銅結(jié)構(gòu)的鐵電，壓電陶瓷也屬于ABO3型氧八面體鐵電體，一個(gè)四方晶胞包含10個(gè)BO6八面體，它們由其頂角按一定方式聯(lián)結(jié)而成。偏鈮酸鉛和鈮酸鍶鋇等鐵電壓電陶瓷具有鎢青銅結(jié)構(gòu)。

（3）鉍層狀結(jié)構(gòu)

鉍層狀結(jié)構(gòu)可以看成是由其氧八面體類鈣鈦礦層與{Bi2O12}層交替疊成的。其中類鈣鈦礦層可以是一層{如Bi2WO6},二層{如PbBi2Nb3O9}，三層{如Bi4Ti8O12}以至五層。在類鈣鈦礦層中，其正離子可被許多離子取代。

（4）焦綠石結(jié)構(gòu)

焦綠石結(jié)構(gòu)是由共同頂角的{NbO6或TaO6}氧八面體組成，而較大的Cd2+{或Pb2+}離子位于氧八面體之間的間隙中。這種結(jié)構(gòu)的鐵電體僅出現(xiàn)在Cd2Nb2O2,Pb2Nb2O2和Cd2Ta2O7等有限幾種化合物中

3、應(yīng)用領(lǐng)域

在航天領(lǐng)域，壓電陶瓷制作的壓電陀螺，是在太空中飛行的航天器、人造衛(wèi)星的"舵"。依靠"舵"，航天器和人造衛(wèi)星，才能保證其既定的方位和航線。傳統(tǒng)的機(jī)械陀螺，壽命短，精度差，靈敏度也低，不能很好滿足航天器和衛(wèi)星系統(tǒng)的要求。而小巧玲瓏的壓電陀螺靈敏度高，可靠性好。

在醫(yī)學(xué)上，醫(yī)生將壓電陶瓷探頭放在人體的檢查部位，通電后發(fā)出超聲波，傳到人體碰到人體的組織后產(chǎn)生回波，然后把這回波接收下來(lái)，顯示在熒光屏上，醫(yī)生便能了解人體內(nèi)部狀況。

在工業(yè)上，地質(zhì)探測(cè)儀里有壓電陶瓷元件，用它可以判斷地層的地質(zhì)狀況，查明地下礦藏。還有電視機(jī)里的變壓器--電壓陶瓷變壓器，它體積變小、重量減輕，效率可達(dá)60%～80%，能耐住3萬(wàn)伏的高壓，使電壓保持穩(wěn)定，完全消除了電視圖象模糊變形的缺陷?，F(xiàn)在國(guó)外生產(chǎn)的電視機(jī)大都采用了壓電陶瓷變壓器。一只15英寸的顯像管，使用75毫米長(zhǎng)的壓電陶瓷變壓器就行了。這樣就使電視機(jī)體積變小、重量減輕了。

壓電陶瓷也廣泛用于日常生活中。用了兩個(gè)直徑3毫米、高5毫米的壓電陶瓷柱取代了普通的火石制成的氣體電子打火機(jī)，可連續(xù)打火幾萬(wàn)次。利用同一原理制成的電子點(diǎn)火槍是點(diǎn)燃煤氣爐極好的用具。還有一種用壓電陶瓷元件制作的兒童玩具，比如在玩具小狗的肚子中安裝壓電陶瓷制作的蜂鳴器，玩具都會(huì)發(fā)出逼真有趣的聲音。

第二節(jié) 發(fā)展歷程

1880年法國(guó)人居里兄弟發(fā)現(xiàn)了"壓電效應(yīng)"。

1942年，第一個(gè)壓電陶瓷材料——鈦酸鋇先后在美國(guó)、前蘇聯(lián)和日本制成。1947年，鈦酸鋇拾音器——第一個(gè)壓電陶瓷器件誕生了。

50年代初，又一種性能大大優(yōu)于鈦酸鋇的壓電陶瓷材料——鋯鈦酸鉛研制成功。從此，壓電陶瓷的發(fā)展進(jìn)入了新的階段。

60年代到70年代，壓電陶瓷不斷改進(jìn)，逐趨完美。如用多種元素改進(jìn)的鋯鈦酸鉛二元系壓電陶瓷，以鋯鈦酸鉛為基礎(chǔ)的三元系、四元系壓電陶瓷也都應(yīng)運(yùn)而生。這些材料性能優(yōu)異，制造簡(jiǎn)單，成本低廉，應(yīng)用廣泛。

如今壓電陶瓷已經(jīng)被科學(xué)家應(yīng)用到國(guó)防建設(shè)、科學(xué) 研究 、工業(yè)生產(chǎn)以及和人民生活密切相關(guān)的許多領(lǐng)域中，成為信息時(shí)代的多面手。
 

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