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壓電陶瓷詳細(xì)介紹:從原理到應(yīng)用的詳細(xì)過(guò)程

  • 發(fā)表時(shí)間:2019-12-04
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壓電陶瓷詳細(xì)介紹:從原理到應(yīng)用的詳細(xì)過(guò)程

"piezo"(壓電)一詞是從希臘語(yǔ)中的“壓力”一詞派生而來(lái)的。1880年,雅克?保羅?居里和皮埃爾?居里發(fā)現(xiàn)施加壓力能在石英、電氣石等多種晶體中產(chǎn)生電荷,他們將這種現(xiàn)象稱(chēng)為"piezoelectric effect"(壓電效應(yīng))。后來(lái),他們發(fā)現(xiàn)電場(chǎng)可以使壓電材料變形。這種效應(yīng)被稱(chēng)為"inverse piezoelectric effect"(逆壓電效應(yīng))。當(dāng)科學(xué)家發(fā)現(xiàn)在施加電場(chǎng)時(shí)鈦酸鋇能在一個(gè)有效范圍內(nèi)利用壓電特性,產(chǎn)業(yè)突破 >>便伴隨著壓電陶瓷而來(lái)。壓電效應(yīng)目前用于點(diǎn)火器、揚(yáng)聲器和信號(hào)轉(zhuǎn)換器等多種日常用品。此外,由于內(nèi)燃機(jī)中的壓電控制噴射閥減少了傳遞時(shí)間,大大改善了平滑度和廢氣質(zhì)量,壓電促動(dòng)器技術(shù)也在汽車(chē)技術(shù)中得到認(rèn)可。

極化壓電陶瓷的膨脹



鐵電壓電陶瓷在不同控制振幅下的位移

機(jī)電性能


D 電通密度,T 機(jī)械應(yīng)力,E 電場(chǎng),S 機(jī)械應(yīng)變,S 機(jī)械應(yīng)變,d 壓電應(yīng)變常數(shù),εT 介電常數(shù)(T=常數(shù)),sE 柔度或彈性系數(shù)(E=常數(shù))

動(dòng)態(tài)行為激發(fā)振蕩的壓電體的機(jī)電特性可用電氣等效電路圖表示。C0是指介質(zhì)的電容。包含C1、L1和 R1的串聯(lián)電路描述了彈性變形、有效質(zhì)量(慣性)和內(nèi)部摩擦產(chǎn)生的機(jī)械損失等機(jī)械性能的變化。然而,此振蕩電路的描述僅適用于機(jī)械固有諧振附近的頻率。大多數(shù)壓電材料參數(shù)是通過(guò)對(duì)共振時(shí)的特殊試驗(yàn)體進(jìn)行阻抗測(cè)量來(lái)確定。串聯(lián)和并聯(lián)共振都被用來(lái)確定壓電參數(shù),分別對(duì)應(yīng)最小阻抗fm和最大阻抗fn的充分逼近值。

型阻抗曲線(xiàn)

振蕩狀態(tài)或模式與變形是由個(gè)體的幾何形狀、機(jī)械-彈性特征以及電場(chǎng)和極化的方向決定的。

PZT壓電陶瓷的發(fā)展歷程

1954年美國(guó)的研究人員發(fā)現(xiàn)鋯鈦酸鉛(PZT)陶瓷具有良好的壓電性能,其機(jī)電耦合系數(shù)近于BaTiO3的一倍。在之后的30年間,PZT以其強(qiáng)又穩(wěn)定的壓電性能成為應(yīng)用最廣的壓電材料,該種材料的出現(xiàn)使得壓電器件從傳統(tǒng)的換能器及濾波器擴(kuò)展到引燃引爆裝置、電壓變壓器及壓電發(fā)電裝置等。如果把BaTiO3作為單元系壓電陶瓷的代表,那么PZT可作為二元系壓電陶瓷的代表。PZT壓電陶瓷由于它的性能參數(shù)多樣性、振動(dòng)模式的研究與開(kāi)發(fā)利用以及器件制作技術(shù)的進(jìn)步等因素,促使它在近十年來(lái)發(fā)展甚為迅速,應(yīng)用日趨廣泛。

(1)坯體制備

(2)瓷件燒結(jié)和機(jī)械加工

(3)上電極

(4)極化

PZT壓電陶瓷的應(yīng)用

(1)高位移新型壓電制動(dòng)器

(3)用于主動(dòng)減震和降噪的壓電器件

<p background-color:#ffffff;"="" style="font-family: 微軟雅黑; white-space: normal; color: rgb(34, 34, 34); text-align: justify;">(4)醫(yī)用微型壓電陶瓷傳感器
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