壓電陶瓷的特性有哪些

壓電陶瓷是一種能夠將機械能和電能互相轉換的信息功能陶瓷材料-壓電效應,壓電陶瓷除具有壓電性外,還具有介電性、彈性等,已被廣泛應用於醫學成像、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力作用下，引起內部正負電荷中心相對位移而發生極化，導致材料兩端表面出現符號相反的束縛電荷即壓電效應而製作，具有敏感的特性，壓電陶瓷主要用於製造超聲換能器、水聲換能器、電聲換能器、陶瓷濾波器、陶瓷變壓器、陶瓷鑑頻器、高壓發生器、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，除了用於高科技領域，它更多的是在日常生活中爲人們服務，爲人們創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爲正四價）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，對環境保護有利。


壓電特性的物理機制
經過極化了的壓電陶瓷片的兩端會出現束縛電荷,所以在電極表面上吸附了一層來自外界的自由電荷。當給陶瓷片施加一外界壓力F時，片的兩端會出現放電現象。相反加以拉力會出現充電現象。這種機械效應轉變成電效應的現象屬於正壓電效應。
另外,壓電陶瓷具有自發極化的性質,而自發極化可以在外電場的作用下發生轉變。因此當給具有壓電性的電介質加上外電場時會發生如圖所示的變化,壓電陶瓷會有變形。然而,壓電陶瓷之所以會有變形,是因爲當加上與自發極化相同的外電場時,相當於增強了極化強度。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。這種由於電效應轉變成機械效應的現象是逆壓電效應。


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換成電信號，可用於聲納系統、氣象探測、遙測環境保護、家用電器等。壓電陶瓷對外力的敏感使它甚至可以感應到十幾米外飛蟲拍打翅膀對空氣的擾動，用它來製作壓電地震儀，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，基於這個原理製做的準確控制機構－－壓電驅動器，對於精密儀器和機械的控制、微電子技術、生物工程等領域都是一大福音。
諧振器、濾波器等頻率控制裝置，是決定通信設備性能的關鍵器件，壓電陶瓷在這方面具有明顯的優越性。它頻率穩定性好，精度高及適用頻率範圍寬，而且體積小、不吸潮、壽命長，特別是在多路通信設備中能提高抗幹擾性，使以往的電磁設備無法望其項背而面臨着被替代的命運。