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压电材料的应用
专业:材料科学与工程
学号:
班级:1019001
姓名:
摘要:本文阐述了各种型压电材料的性能和各种特性的应用。从压电材料的
压电效应入手,介绍了压电材料的分类及构造组成。针对不同压电材料在生产实
践中的应用状况,综述了近年来压电材料的争论现状,并系统介绍了压电材料在
各个领域的应用和进展。
关键词:压电材料压电效应压电陶瓷材料压电复合材料高居里温度压
电陶瓷制备技术;争论现状;应用
压电材料的应用普及当今社会日常生活的每个角落,人们几乎每天都有可
能涉及到压电材料的应用。香烟、煤气灶、热水器、汽车发动机等的点火要用到
压电点火器;电子手表、声控门、报警器、儿童玩具、要用压电谐振器、蜂
鸣器;银行、商店、超净厂房和安全保密场所的治理以及侦察、破案等场合,要
用到能验证每个人笔迹和声音特征的压电传感器;家用电气产品如电视机要用到
压电陶瓷滤波器、压电SAW滤波器、压电变压器,甚至压电风扇;收录机要用压
电微音器、压电扬声器;照相机和录像机要用到压电马达等等。压电器件不仅在
工业和民用产品上用途广泛,在军事上也同样获得了大量应用。雷达、军用通讯
和导航设备等方面都需要大量的压电陶瓷滤波器和压电SAW滤波器。压电材料还
可以应用于构造缺陷的识别、柔性构造振动的掌握以及医学上的免疫检测、人工
耳蜗等。
压电材料是一类具有压电物理特性的电介质,被制成转换元件广泛应用于
压电式传感器上。压电效应表现为当某些电介质在肯定方向上受到外力的作用而发
生变形时,其内部会产生极化现象,同时在它的两个相对外表上消灭正负相反的电
荷,当作用力的方向转变时,电荷的极性也随之转变,受力所产生的电荷量与外
力的大小成正比。当外力去掉后,它又会恢复到不带电的状态,这种现象称为正
压电效应;相反,当在电介质的极化方向上施加交变电场,这些电介质也会发生
气械变形,电场去掉后,电介质的机械变形随之消逝,这种现象称为逆压电效应
。正压电效应是把机械能转换为电能,逆压电效应是把电能转换为机械能。
1880年居里兄弟觉察了压电效应,从而开创了压电学的历史。但是压电
材料真正获得广泛的应用还是在1955年觉察压电陶瓷之后。压电器件最早承受
的材料是石英晶体,接着是BaTiO3、Pb〔Zr,Ti〕O3等压电陶瓷以及铌酸锂、
钽酸锂和氧化锌等压电晶体。性能优良的压电材料将成为本世纪重要的材料。目
前压电材料主要争论热点集中在弛豫型单晶、多元体系复合材料以及高居里温度
压电材料,细晶粒压电陶瓷,无铅压电陶瓷材料等。
(一)压电陶瓷
20世纪40年月觉察BaTiO3压电陶瓷,并于1947年制成器件,这对压
电材料的进展具有重要的意义[6]。50年月初消灭了钛锆酸铅系(PZT),其
性能远远优于BaTiO3,后来又消灭PLZT透亮铁电陶瓷。压电陶瓷大多是ABO3
型化合物(构造如以下图)或几种ABO3型化合物的固溶体,应用最广泛的压电
陶瓷是钛酸钡系和锆酸铅系(PZT)陶瓷。钛酸钡陶瓷(BaTiO3)的晶体属于钙
钛矿型(CaTiO3)构造,其中氧形成氧八面体,钛原子位于氧八面体的中心,
钡则处于8个八面体的间隙。在室温下BaTiO3是属于四方晶系;当温度上升到
120e以上,四方相转变为立方相,属于顺电相;在0e四周四方相转变为正交
晶系。BaTiO3具有较好的压电性,它是在锆钛酸铅陶瓷消灭前最为广泛使用的
压电材料。但因其居里点不高(120e)而只能在有限的温度范围内工作。另外
在常温下其介电性和压电性也不稳定,在其次相变点(0e),当相变时其介电
性
和压电性有显著的转变等缺点。为了改善这一状况,往往在BaTiO3中参加其次相。
最常参加的是CaTiO3和PbTiO3。参加CaTiO3不能转变高居里点,但是可以大大降
低其次相变温度,参加量一般在8%mol以内,过多会使压电性能降低。参加
PbTiO3能提高居里点,同时降低其次相变点,参加量一般在8%mol以内,过
多同样使压电性能变
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