压电陶瓷的发展及其应用

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压电陶瓷的发展及其应用

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https://www.cmpe360.com/p/269977

压电陶瓷是一种能将机械能和电能互相转换的功能陶瓷材料，其应用已遍及人们生活的各个方面。从打火机到液晶显示器，从医疗设备到航空航天，压电陶瓷凭借其独特的压电效应，在现代科技中发挥着重要作用。

压电陶瓷是指把氧化物混合（氧化锆、氧化铅、氧化钛等）高温烧结、固相反应后而成的多晶体，并通过直流高压极化处理使其具有压电效应的铁电陶瓷的统称，是一种能将机械能和电能互相转换的功能陶瓷材料。

图压电陶瓷元件，来源：本多电子

压电陶瓷发展历史

其实压电陶瓷在生活中并不陌生，打火机就应用了压电陶瓷。

打火机结构图源自网络

压电陶瓷从经历了1880年，法国科学家居里兄弟首先发现电气石的压电效应开始，到石英、BaTiO3、再到BaTiO3压电性更优越的PZT压电陶瓷，一次次的材料突破，促使压电器件的应用研究又大大地向前推进了一大步。BaTiO3时代难于实用化的一些用途，特别是压电陶瓷滤波器和谐振器，随着PZT的问世，而迅速地实用化，应用声表面波(SAW)的滤波器、延迟线和振荡器等SAW器件，在七十年代后期也取得了实用化。

压电陶瓷应用

自1942年第一个陶瓷型压电材料钛酸钡诞生以来，作为压电陶瓷的应用产品，已遍及人们生活的各个方面。压电材料作为机电耦合的纽带，其应用大致可分为两大方面：以压电谐振器为代表的压电陶瓷频率控制器件方面的应用和作为机械能与电能相互转换的准静态的应用。

1. 压电振子与压电陶瓷频率控制器件

频率控制器件具有成本低、体积小、不吸潮、寿命长，频率稳定性好，等效品质因数比LC滤波器高，适用的频率范围宽，精度高，特别是用在多路通讯、调幅接收以及各种无线电通讯和测量仪器中能提高抗干扰能力。

2. 压电变压器

依据压电陶瓷变压器的工作模式可分为如下几类：Rosen型压电陶瓷变压器、厚度振动模式压电陶瓷变压器、径向振动模式压电陶瓷变压器等。

目前压电陶瓷变压器主要用作AC-DC、DC-DC等功率器件及高压发生器件上，如液晶显示器中的冷阴极管、霓虹灯管、激光管和小型X光管、高压静电喷涂、高压静电植绒和雷达显示管的驱动等。

3. 压电换能器

压电换能器是利用压电陶瓷的压电效应和逆压电效应实现电能和声能的相互转化。压电换能器在工业中还被广泛用作水中导航、海洋探测、精密测量、超声清洗、固体探伤以及医学成像、超声诊断、超声疾病治疗等方面。当今压电超声换能器的另一个应用的领域是遥测和遥控系统，其具体应用实例主要有：压电陶瓷蜂鸣器、压电点火器、超声显微镜等。

4. 压电超声马达

压电超声马达是利用压电陶瓷的逆压电效应产生超声振动，将材料的微变形通过共振放大，靠振动部分和移动部分之间的摩擦力来驱动，无需通常的电磁线圈的新型微电机。广泛应用于精密仪器、航天航空、自动控制、办公自动化、微型机械系统、微装配、精密定位等领域。目前，日本在该领域处于技术领先地位，已将压电超声马达普遍用于照相机、摄像机的自动调焦，并形成规模系列产品。