壓電陶瓷詳細介紹：從原理到應用的詳細過程

"piezo"（壓電）一詞是從希臘語中的“壓力”一詞派生而來的。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)象稱為"piezoelectric effect"（壓電效應）。后來，他們發(fā)現(xiàn)電場可以使壓電材料變形。這種效應被稱為"inverse piezoelectric effect"（逆壓電效應）。當科學家發(fā)現(xiàn)在施加電場時鈦酸鋇能在一個有效范圍內利用壓電特性，產(chǎn)業(yè)突破 >>便伴隨著壓電陶瓷而來。壓電效應目前用于點火器、揚聲器和信號轉換器等多種日常用品。此外，由于內燃機中的壓電控制噴射閥減少了傳遞時間，大大改善了平滑度和廢氣質量，壓電促動器技術也在汽車技術中得到認可。

極化壓電陶瓷的膨脹

機電性能

D 電通密度，T 機械應力，E 電場，S 機械應變，S 機械應變，d 壓電應變常數(shù)，εT 介電常數(shù)（T=常數(shù)），sE 柔度或彈性系數(shù)（E=常數(shù)）

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

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

PZT壓電陶瓷的發(fā)展歷程

1954年美國的研究人員發(fā)現(xiàn)鋯鈦酸鉛（PZT）陶瓷具有良好的壓電性能，其機電耦合系數(shù)近于BaTiO3的一倍。在之后的30年間，PZT以其強又穩(wěn)定的壓電性能成為應用最廣的壓電材料，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、振動模式的研究與開發(fā)利用以及器件制作技術的進步等因素，促使它在近十年來發(fā)展甚為迅速，應用日趨廣泛。

（1）坯體制備

（2）瓷件燒結和機械加工

（3）上電極

（4）極化

PZT壓電陶瓷的應用

（1）高位移新型壓電制動器

（3）用于主動減震和降噪的壓電器件