压电陶瓷原理动画图,压电陶瓷制作全程

首页 > 家居 > 作者:YD1662023-04-23 07:34:20

陶瓷是古老中国的代名词,历史悠久,种类繁多。陶瓷从花瓶、碗碟等器皿发展到现在的功能陶瓷,主要在于功能陶瓷晶体的微观极化特性的发现。功能陶瓷是以电、磁、声、光、热和力学等信息的存储、检测、耦合及转换等主要特征的介质材料,主要包括压电、介电、热释电和磁性等功能各异的新型陶瓷材料,其中压电陶瓷是功能陶瓷领域的主流材料之一。

压电陶瓷原理动画图,压电陶瓷制作全程(1)

一、什么是压电陶瓷

压电陶瓷是指把氧化物混合(氧化锆、氧化铅、氧化钛等)高温烧结、固相反应后而成的多晶体,并通过直流高压极化处理使其具有压电效应的铁电陶瓷的统称,是一种能将机械能和电能互相转换的功能陶瓷材料。其中,锆钛酸铅陶瓷简称PZT陶瓷,是一种二元固溶体,它呈现出ABO3型的钙钛矿结构,是一种应用极为广泛的压电材料。

二、什么又是压电效应

某些电介质在沿一定方向受外力作用而变形时﹐内部产生极化的同时﹐在晶体的两个相对的表面上出现正负电荷,此现象称为压电效应。压电效应分为正压电效应和逆压电效应。所谓正压电效应是指晶体因机械应力的作用而使其介质化﹐并使其表面荷电的效应。反之﹐当在晶体外部施加电场时,受电场影响的晶体会产生机械形变﹐称为逆压电效应。

三、为什么能实现“压电”

压电陶瓷要有两个条件:一是晶粒有铁电性;二是经过强直流电场极化处理。所有的铁电单晶都具有压电效应,但是对于铁电陶瓷(陶瓷是多晶体)则需要经过高压直流极化处理。这是因为陶瓷内部的各晶粒虽然存在自发极化,具有铁电性,但是其自发极化电畴的取向是完全随机的,宏观上并不具有极化强度。在高压直流电场作用下电畴沿电场方向定向排列,而且在电场去除后,这种定向状态大部分能够被保留下来,所以陶瓷呈现压电效应。

四、压电陶瓷的制备工艺

压电陶瓷制备过程主要包括陶瓷原料粉体的合成、成型、烧结、被电极和极化等几个主要过程。在这些过程中,伴随着一系列的物理和化学变化。压电陶瓷的性能与材料的组分和制备工艺有直接的关系,所以一整套稳定合理的工艺参数是获得优异材料性能的重要保证。

压电陶瓷原理动画图,压电陶瓷制作全程(2)

压电陶瓷原理动画图,压电陶瓷制作全程(3)

表1各制备工艺简介

五、压电陶瓷材料的应用

由于压电陶瓷材料具有正逆压电效应,其在压电传感器、驱动器、换能器和滤波器等器件中得到了广泛的应用。应用范围覆盖航空航天、军事、信息电子、工业机械、医疗、汽车等众多领域。压电陶瓷具有性能高、成本低、易于加工制备等特点,是目前压电驱动器最主要的驱动材料。

压电效应技术以其特有的优势在能源需求不断增长的今天﹐得到了日益广泛的应用。其中压电陶瓷是一种重要的功能材料,具有优异的压电、介电和光电等电学性能,被广泛地应用于电子、航空航天、生物等高技术领域。随着新兴领域的飞速发展和经济社会新的发展需求,未来对压电陶瓷的性能会有更高的要求。如:高居里温度、高机电耦合系数和机械品质因数及环保、无铅、复合、纳米压电陶瓷必将成为今后的研究重点。

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