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【科技论文】浅析压电陶瓷

发布:论文易网2015-12-20 22:45分类: 科技论文 标签: 压电陶瓷科技 压电陶瓷透析 压电陶瓷分析 压电陶瓷论文 科技论文发布网

摘要:压电陶瓷能够自适应环境的变化实现机械能和电能之间的相互转化,具有集传感、执行和控制于一体的特有属性。近几年关于压电陶瓷的研究越来越受人们的关注,同时也发现了它的许多优越性,但是也存在缺陷,比如含铅压电陶瓷中就含有对环境有污染的铅,而环境是人类生存和发展的基础,因此,保护环境,发展环境协调型材料及制备技术,是二十一世纪材料科学发展的必然趋势。 

关键词:发展历史 压电原理 工作原理 制造特点 压电材料分类 压电陶瓷特性压电系数 实际应用 市场用途

压电陶瓷的发展历史:1808年,Pierr和Jacques居里兄弟发现电气石的压电效应,从此开始了压电学的历史。1881年,Lippman应用热力学原理预言了逆压电效应,居里兄弟很快以实验给予了证实。1894年,Voigt指出仅有无对称中心的二十重点群的晶体才有可能具有压电效应。实用化方面在早期有两个奠基性的工作:第一,1916年Langevin发明了用石英晶体制作的水声发射器和接收器;第二,1918年,Cady通过对罗息盐晶体在机械频率附近特异的电性能研究发明了谐振器。前者是最早的压电换能器。后者则为压电材料在通信技术和频率控制等方面的应用奠定了基础。

压电陶瓷的早期研究主要是针对罗息盐和石英晶体进行的。20世纪03年代发现了铁电KDP(磷酸二氢钾)及与之同型的一系列晶体,但压电材料及其应用取得划时代的进展开始于第二次世界大战中美国、日本和苏联分别独自发现的BaTiO3陶瓷。发现和理解BaTiO3陶瓷压电性经历了三个基本阶段:第一阶段是发现高介电系数;第二阶段是认识到高介电常数起因于铁电性;第三阶段是发现极化过程。

压电原理:所谓压电效应是指某些介质在力的作用下,产生形变,引起介质表面带电,这是正压电效应。反之,施加激励电场,介质将产生机械变形,称逆压电效应。这种奇妙的效应已经被科学家应用在与人们生活密切相关的许多领域,以实现能量转换、传感、驱动、频率控制等功能。 

在能量转换方面,利用压电陶瓷将机械能转换成电能的特性,可以制造出压电点火器、移动X光电源、炮弹引爆装置。电子打火机中就有压电陶瓷制作的火石,打火次数可在100万次以上。用压电陶瓷把电能转换成超声振动,可以用来探寻水下鱼群的位置和形状,对金属进行无损探伤,以及超声清洗、超声医疗,还可以做成各种超声切割器、焊接装置及烙铁,对塑料甚至金属进行加工

工作原理:当电压作用于压电陶瓷时,就会随电压和频率的变化产生机械变形。另一方面,当振动压电陶瓷时,则会产生一个电荷。利用这一原理,当给由两片压电陶瓷或一片压电陶瓷和一个金属片构成的振动器,所谓叫双压电晶片元件,施加一个电信号时,就会因弯曲振动发射出超声波。相反,当向双压电晶片元件施加超声振动时,就会产生一个电信号。基于以上作用,便可以将压电陶瓷用作超声波传感器

制造特点:压电陶瓷的制造特点是在直流电场下对铁电陶瓷进行极化处理,使之具有压电效应。一般极化电场为3~5kV/mm,温度100~150°C,时间5~20min。这三者是影响极化效果的主要因素。性能较好的压电陶瓷,如锆钛酸铅系陶瓷,其机电偶合系数可高达0.313~0.694。 

【科技论文】浅析压电陶瓷

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