精选压电陶瓷换能器的可行性初步研究

压电陶瓷换能器的可行性初步研究 一、 背景介绍 1.1压电陶瓷相关的基本概念 压电陶瓷：一种能够将机械能和电能互相转换的功能陶瓷材料，属于无机非 金属材料。这是一种具有压电效应的材料。 正压电效应：某些材料在机械应力作用下，引起内部正负电荷中心相对位移 而发生极化，导致材料两端表面出现符号相反的束缚电荷的现象。 称逆压电效应：施加激励电场，介质将产生机械变形的现象。 1.2压电陶瓷的发展现状及其分类 压电陶瓷是含高智能的新型功能电子材料，随着材料及工艺的不断研究和改 良，压电陶瓷的技术越来越广，而且随着电子，信息，航空航天高科学技术领域 日新月异的发展，压电陶瓷材料的制作技术和应用开发将会越来越受到人们的关 注和重视。压电陶瓷目前有以下几种分类： A：一元系压电陶瓷 BaTiO3是典型的陶瓷铁电体，机电耦合系数大，制备容易可以制成任意形 状和任意极化方向的产品等的优点。 PbTiO3居里温度高（Tc=490），自发极化强度是各种钙钛矿型晶体结构的铁电 体中最高的，是一种具有热释电性和压电性，能在高温下使用的压电陶瓷。 B：二元系压电陶瓷 PbZrO3-PbTiO3（PZT）相比一元系具有高耦合，高机械品质因数和高稳定性 等特征，在使用范围内没有明显相变点，可作为滤波器等通信材料，而高耦合， 高介电常数方面的优点又明显扩大了压电陶瓷的应用范围，不仅可以作为振子， 而且还可以作为换能器材。 C：三元系及多元系压电陶瓷 三元系陶瓷比二元系更具有优越的性能，可以大幅度地调节可供选择的组成 成份和压电性，容易获得高机电耦合数的接受型材料。 压电陶瓷的发展趋势：压电复合材料，压电薄膜，无铅压电陶瓷，纳米压电 陶瓷等，出现高位移的新型压电致动器，压电变压器，主动减振和降噪的压电器 件，医用微型压电陶瓷传感器等新器件。 二、 压电陶瓷换能器 2.1压电陶瓷特点及其应用分类 压电陶瓷换能器的特点是：致密度高、机械强度高、加工容易、适合大批量 生产。经过一些容易实现的加工手段就可制成任何给定的形状和几何尺寸。它们 的化学性质不活泼,不易受化学侵蚀,不受湿汽和其他恶劣气候条件的影响。此 外,这些陶瓷的机械定向和电学定向可与陶瓷的形状准确取向。 压电陶瓷换能器广泛应用于数据处理、信息处理、通讯、声纳、陀螺、水声 器、记步器、激光器、喷墨打印、超声清洗、超声焊接、报警、以及燃气设备等 1 行业和技术领域。压电陶瓷的主要应用领域举例如表所示。