壓電陶瓷詳細(xì)介紹：從原理到應(yīng)用的詳細(xì)過(guò)程

"piezo"（壓電）一詞是從希臘語(yǔ)中的“壓力”一詞派生而來(lái)的。1880年，雅克?保羅?居里和皮埃爾?居里發(fā)現(xiàn)施加壓力能在石英、電氣石等多種晶體中產(chǎn)生電荷，他們將這種現(xiàn)象稱(chēng)為"piezoelectric effect"（壓電效應(yīng)）。后來(lái)，他們發(fā)現(xiàn)電場(chǎng)可以使壓電材料變形。這種效應(yīng)被稱(chēng)為"inverse piezoelectric effect"（逆壓電效應(yīng)）。當(dāng)科學(xué)家發(fā)現(xiàn)在施加電場(chǎng)時(shí)鈦酸鋇能在一個(gè)有效范圍內(nèi)利用壓電特性，產(chǎn)業(yè)突破 >>便伴隨著壓電陶瓷而來(lái)。壓電效應(yīng)目前用于點(diǎn)火器、揚(yáng)聲器和信號(hào)轉(zhuǎn)換器等多種日常用品。此外，由于內(nèi)燃機(jī)中的壓電控制噴射閥減少了傳遞時(shí)間，大大改善了平滑度和廢氣質(zhì)量，壓電促動(dòng)器技術(shù)也在汽車(chē)技術(shù)中得到認(rèn)可。

極化壓電陶瓷的膨脹

機(jī)電性能

D 電通密度，T 機(jī)械應(yīng)力，E 電場(chǎng)，S 機(jī)械應(yīng)變，S 機(jī)械應(yīng)變，d 壓電應(yīng)變常數(shù)，εT 介電常數(shù)（T=常數(shù)），sE 柔度或彈性系數(shù)（E=常數(shù)）

動(dòng)態(tài)行為激發(fā)振蕩的壓電體的機(jī)電特性可用電氣等效電路圖表示。C0是指介質(zhì)的電容。包含C1、L1和 R1的串聯(lián)電路描述了彈性變形、有效質(zhì)量（慣性）和內(nèi)部摩擦產(chǎn)生的機(jī)械損失等機(jī)械性能的變化。然而，此振蕩電路的描述僅適用于機(jī)械固有諧振附近的頻率。大多數(shù)壓電材料參數(shù)是通過(guò)對(duì)共振時(shí)的特殊試驗(yàn)體進(jìn)行阻抗測(cè)量來(lái)確定。串聯(lián)和并聯(lián)共振都被用來(lái)確定壓電參數(shù)，分別對(duì)應(yīng)最小阻抗fm和最大阻抗fn的充分逼近值。

振蕩狀態(tài)或模式與變形是由個(gè)體的幾何形狀、機(jī)械-彈性特征以及電場(chǎng)和極化的方向決定的。

PZT壓電陶瓷的發(fā)展歷程

1954年美國(guó)的研究人員發(fā)現(xiàn)鋯鈦酸鉛（PZT）陶瓷具有良好的壓電性能，其機(jī)電耦合系數(shù)近于BaTiO3的一倍。在之后的30年間，PZT以其強(qiáng)又穩(wěn)定的壓電性能成為應(yīng)用最廣的壓電材料，該種材料的出現(xiàn)使得壓電器件從傳統(tǒng)的換能器及濾波器擴(kuò)展到引燃引爆裝置、電壓變壓器及壓電發(fā)電裝置等。如果把BaTiO3作為單元系壓電陶瓷的代表，那么PZT可作為二元系壓電陶瓷的代表。PZT壓電陶瓷由于它的性能參數(shù)多樣性、振動(dòng)模式的研究與開(kāi)發(fā)利用以及器件制作技術(shù)的進(jìn)步等因素，促使它在近十年來(lái)發(fā)展甚為迅速，應(yīng)用日趨廣泛。

（1）坯體制備

（2）瓷件燒結(jié)和機(jī)械加工

（3）上電極

（4）極化

PZT壓電陶瓷的應(yīng)用

（1）高位移新型壓電制動(dòng)器

（3）用于主動(dòng)減震和降噪的壓電器件