壓電陶瓷(piezoelectric ceramics)具有壓電效應(yīng)的陶瓷,稱壓電陶瓷。它具有一種奇異的壓電效應(yīng)特性,即當(dāng)受到微小外力作用時(shí),能把機(jī)械能變成電能,當(dāng)加上交變電壓時(shí),又會(huì)把電能變成機(jī)械能。
它通常由幾種氧化物或碳酸鹽在燒結(jié)過(guò)程中發(fā)生固相反應(yīng)而形成,其制造工藝與普通的電子陶瓷相似。燒結(jié)出來(lái)的陶瓷體是多晶體,其自發(fā)極化是紊亂取向的,主要成分是鐵電體,因此稱鐵電陶瓷,沒(méi)有壓電性能。
對(duì)這樣的陶瓷體施加強(qiáng)的直流電場(chǎng)進(jìn)行極化處理,原來(lái)混亂取向的自發(fā)極化就沿電場(chǎng)方向擇優(yōu)取向。去除電場(chǎng)后,陶瓷體仍保留著一定的總體剩余極化,遂使陶瓷體有了壓電性能。
與壓電單晶材料相比,壓電陶瓷的特點(diǎn)是制造容易,可做成各種形狀;可任意選擇極化軸方向;易于改變瓷料的組分而得到具有各種性能的瓷料;成本低,適于大量生產(chǎn)。但由于是多晶材料,所以使用頻率受到限制。目前最常用的壓電陶瓷有鈦酸鋇、鈦酸鉛、鋯鈦酸鉛、三元系壓電陶瓷、透明鐵電陶瓷以及鈮酸鹽系陶瓷等。
壓電陶瓷由于它的壓電效應(yīng)用途極為廣泛。例如壓電陶瓷在交變電壓的作用下,能夠產(chǎn)生或接受聲波、次聲波和超聲波,所以可做成水下雷達(dá)、魚群探測(cè)器等。用它制成小巧玲瓏、靈敏度極高的壓電陀螺儀,可以控制導(dǎo)彈的飛行,只要導(dǎo)彈發(fā)生偏移,就會(huì)把扭力傳遞給壓電陀螺儀,壓電陀螺儀就會(huì)輸出電流,使導(dǎo)彈按正確軌道飛行。
在海戰(zhàn)中,最難對(duì)付的是潛艇,它能長(zhǎng)期在海下潛航,神不知鬼不覺(jué)地偷襲港口、艦艇,使敵方大傷腦筋。如何尋找敵潛艇?靠眼睛不行,用雷達(dá)也不行,因?yàn)殡姶挪ㄔ诤K飼?huì)急劇衰減,不能能效地傳遞信號(hào),探測(cè)潛艇靠的是聲納------水下耳朵。壓電陶瓷就是制造聲納的材料,它發(fā)出超聲波,遇到潛艇便反射回來(lái),被接收后經(jīng)過(guò)處理,就可測(cè)出敵潛艇的方位、距離等。
由于壓電陶瓷能把力能轉(zhuǎn)換成電能而放電,所以可用于高壓燃引爆,例如,如果在反坦克炮彈上裝上一個(gè)小小的壓電陶瓷元件,當(dāng)炮彈射中坦克的瞬間,就靠壓電陶瓷受壓起火,使炸藥爆炸而摧毀坦克,電子打火機(jī)也是用同樣方法使打火機(jī)內(nèi)的壓電陶瓷起火花,引燃可燃?xì)怏w的。在工業(yè)上,壓電陶瓷可用來(lái)制造調(diào)頻濾波器,閃光燈觸發(fā)器,壓電變壓器,壓電步進(jìn)馬達(dá),電焊換能器,地震預(yù)報(bào)器等。在醫(yī)療上,壓電陶瓷也可用來(lái)制造盲人助視器,人造心臟起搏器,數(shù)字顯示脈搏計(jì),血壓計(jì)等,還可用來(lái)診斷人體內(nèi)的某些病變。
那什么才是好的壓電陶瓷呢?那要看以什么標(biāo)準(zhǔn)去劃分。以是否含鉛為標(biāo)準(zhǔn),那現(xiàn)在所應(yīng)用的極大部分都含鉛,不含鉛的壓電陶瓷在性能指標(biāo)上還不能達(dá)到廣泛的實(shí)用化。以性能指標(biāo)為標(biāo)準(zhǔn),固然那些性能差的壓電陶瓷是壞陶瓷,但現(xiàn)在市面上或生產(chǎn)壓電陶瓷的廠家出廠的壓電陶瓷都應(yīng)該是自認(rèn)為合格的產(chǎn)品,我認(rèn)為雖說(shuō)都合格,但各自的性能標(biāo)準(zhǔn)不同,所以也不能說(shuō)誰(shuí)的好,誰(shuí)的壞,另外壓電陶瓷有很多參數(shù)指標(biāo),這些指標(biāo)只能達(dá)到一個(gè)平衡,有時(shí)過(guò)份追求某一個(gè)指標(biāo)從而犧牲了其他指標(biāo),這也不是好事。實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的標(biāo)準(zhǔn),我認(rèn)為使用者適用即為好,不適用即為壞。
我們公司經(jīng)常遇到這樣的情況:用戶的電路是固定的,我們提供的壓電陶瓷性能達(dá)到了材料相關(guān)指標(biāo),我們認(rèn)為很好,但用戶卻說(shuō)不行,原因是靈敏度太高了,達(dá)到了飽和狀態(tài)無(wú)法使用,要求降低性能,做好的東西要想把性能降低也不容易啊!也有這種情況:做好的壓電陶瓷不合格,做個(gè)記錄放入了不合格品區(qū),有用戶急要樣品,尺寸剛好與不合格的相同,說(shuō)明原因,將不合格的壓電陶瓷片提供給用戶試用,用戶居然使用效果非常好。
所以我們總結(jié)為:只要壓電陶瓷達(dá)到了一定的性能,無(wú)好壞之分,適用即為好。這就要求我們生產(chǎn)廠家認(rèn)真做好工藝記錄,要確實(shí)了解掌握不同工藝對(duì)應(yīng)的產(chǎn)品性能,只有這樣我們才能盡量滿足不同用戶的要求。