壓電陶瓷的簡述及特性

2020-12-14 磨粉機

壓電陶瓷是電子功能陶瓷中的一大類材料,它的基本特性是能進行電能與機械能的相互轉換,可製成無線電元件、電聲元件、超聲換能元件、引燃引爆元件等,具有十分廣泛的應用領域。

常用的壓電陶瓷有鈦酸鋇系、鋯鈦酸鉛二元系及在二元系中添加第三種ABO3(A表示二價金屬離子,B表示四價金屬離子或幾種離子總和為正四價)型化合物,如:Pb(Mn1/3Nb2/3)O3和Pb(Co1/3Nb2/3)O3等組成的三元系。如果在三元系統上再加入第四種或更多的化合物,可組成四元系或多元系壓電陶瓷。以下是壓電陶瓷的部分用途及市場情況。

1、電聲換能器

電聲換能器主要用於各類報警器、骨傳導送話器、受話器、壓電喇叭等。報警器可用於各類家電的報警、煙霧報警、汽車防盜報警、消防、個人安全報警等;骨傳導送話器是將人說話時耳骨的振動的語音信號轉換成電信號,從而將語音信號傳輸到接收端的新一代抗噪聲送話器,目前日本已有該類藍牙耳機;壓電受話器及喇叭具有超薄、低功耗等特性。

用於一般報警器的電聲換能器還沒替代產品,還是具有很大的市場,而高聲壓報警器在特殊環境的報警將有較大增量;隨著手提終端向超薄及低功耗發展,壓電受話器及喇叭將成為手提終端的最佳的選擇,具有很好的市場前景。

2、超聲換能器

超聲換能器適用於超聲馬達、超聲霧化、聲波雷達、超聲波清洗、超聲焊接、超聲美容、超聲加工、超聲育種、遙測遙控、交通監測、測距、檢漏、流量及熱量檢測、機器人成像信息採集等。超聲波換能器目前無替代產品,其應用市場正在穩固發展。目前需求大增的口罩機中,超聲波換能器就是其急缺的核心部件。

3、壓電水聲換能器

水聲換能器在軍事方面和民用領域都有廣泛的應用,對尤其是海洋石油勘探方面的海底資源探索十分重要。許多國家都在對民用水聲設備進行大力研發,目的是使海洋開發事業的發展進程加快。目前,應用最廣泛的一種水聲換能器是壓電水聲換能器,它的原理是利用壓電效應實現電信號與水聲信號的相互轉換。

壓電水聲換能器分為接收型和發射型,前者先將聲能向機械能進行轉換,再將機械能轉換為電能;後者先把電能轉換成機械能,再向聲能進行轉換。而實際應用中經常兼有兩種功能。壓電陶瓷用於完成水聲信號的接收和發射,其材料性能很大程度上決定了壓電水聲換能器的器件性能。因此,高性能的收發兼用的壓電陶瓷振子的研發不僅對加強我國海軍的作戰裝備實力具有現實意義,而且對海洋資源的開發也具有積極意義。

4、壓電減震系統

壓電減震系統可分為被動減振與主動減振。被動減振是在壓電陶瓷表面製備一層電阻膜,壓電陶瓷將振動或噪聲轉換成電能,電流通過電阻膜轉換成熱能,熱能通過導熱器導出而起到減振及降噪的作用;主動減振是將壓電陶瓷複合在需減振的物體上,將其振動波形轉換成相應的電壓信號,通過相位調整及放大加到耦合在振動件上的換能器做反向振動,從而抑制振動,達到減振的目的。這類應用目前應用不多,大部分還在試驗階段,如電腦降噪及一些軍用裝置需要的減震系統等,將有很好的市場前景。

5、壓電致動元件

壓電陶瓷致動元件分單片橫向伸縮型、彎曲型、厚度疊層型、橫向疊層型、管型、鈸型等,廣泛用於航空航天、共軌噴油器、高速智能閥門、納米定位、精微加工、雷射陀螺微位移補償系統、變形鏡的形變控制、硬碟驅動器(磁頭定位)、光學儀器(光軸調整、焦點調整)、壓電泵、針織提花系統、盲人閱讀器等。

壓電致動元件技術難度大,目前國際上只有少數公司能做,中國起步較晚,目前電腦提花針織機已大量應用壓電致動元件,納米定位平臺及精微加工的微進給系統日趨成熟,國內的應用正在逐步形成,預計未來能夠形成較大市場。

6、壓電能量採集

壓電發電毯(日本已將壓電發電毯用於地鐵顯示牌的供電)、壓電發電鞋(在鞋底放置壓電能量採集裝置,行走時發電,可用於電池充電及鞋體發熱等)、肌肉發電(植入體內電子裝置的供電)、混合動力及全電力汽車振動能量採集(既能提升減振效果,又能延長將採集的電能饋入電池節能)、海浪發電等。壓電陶瓷能量採集器用於生物電子裝置的永久電源,該項目已見報導,國內也有研究機構開始研究,這將使植入用電裝置的病人免於換電池的痛苦;汽車振動能量的回收也將成為全電力及混合動力汽車不可缺少的部件;我國有很長的海岸線,海浪發電也將成為最潔淨且成本較低的新型能源。

7、壓電引爆引燃元件

反坦克炮發射出的穿甲彈接觸坦克,就會馬上爆炸,把坦克炸得粉碎。這是因為彈頭上裝有壓電陶瓷,它能把相碰時的強大機械力轉變為瞬間高電壓,爆發火花而引爆炸藥。現在煤氣灶及打火機,也是利用壓電陶瓷製成的,只要用手指壓一下打火按鈕,打火機上的壓電陶瓷就能產生高電壓,形成電火花而點燃煤氣,可以長久使用。引爆引燃元件目前還沒更好的替代產品,應用市場穩中有升。

8、壓電加速度傳感器

壓電加速度傳感器作為測量工具,主要用在控制系統和檢測系統,是一種小型的慣性傳感器。加速度傳感器隨著微電子技術、傳感器技術和計算機技術的出現和進步得到了飛快的發展。質量塊施加在壓電元件上的力隨著傳感器受振而變化,這個力的變化在被測對象的振動頻率與傳感器固有頻率相差較大時與被測對象的加速度成正比。利用壓電效應,傳感器可以將這個力的變化轉換為電荷信號,再經過放大、檢測電路就可以將處理過的信號輸出給指示儀表。

9、壓電陶瓷變壓器

機械能和電能之間的轉換即為壓電陶瓷變壓器的原理。Rosen等人早在20世紀50年代就提出了Rosen型壓電變壓器,與傳統的電磁變壓器相比,具有體積小、輸出波形好以及不引起電磁幹擾等優點。它主要工作在諧振狀態下,是縱向振動模式的典型。

10、片式壓電陶瓷濾波器

片式壓電陶瓷濾波器應用頻率範圍很寬,它和LC濾波器相比,具有穩定性較高和小型化等特點。二十世紀九十年代,出現了由輸入輸出電極和層疊的壓電陶瓷薄片構成的多層壓電陶瓷濾波器,該類型濾波器是利用多層陶瓷電容器的製造技術所研製。其內部電極沿與陶瓷層垂直的方向排列,相鄰的電極被陶瓷層分開。當內電極組被施加電壓時,由於逆壓電效應,會在陶瓷內部產生振動並在電極組的輸出部分產生信號輸出。該器件具有小雜散輸出和高頻率等優點,並且能滿足表貼的封裝要求。最重要的是,改變濾波器的頻率不用改變陶瓷材料,只需改變多層陶瓷生瓷片的厚度即可。

關於壓電陶瓷的製備

壓電陶瓷的主要製備工序有:組成配料、預燒合成、粉體加工、成形、燒成、覆電極、極化、檢測等。在壓電陶瓷的生產中,每一道工序所用設備、工藝參數對最終產品質量都有很大影響。

對粉體加工而言,合成料的粉碎顆粒度及其粒徑分布範圍對壓電陶瓷產品的綜合性能影響很大,通常,粉體粉碎粒徑小、顆粒分布範圍窄對壓電陶瓷產品性能有利。

許多壓電陶瓷超聲換能產品,如超聲波水聲探測、超聲波無損探傷、超聲波焊接、超聲波霧化等換能元件,大多採用幹壓成形,成形所用的壓電陶瓷造粒粉體的填充性能對成形質量影響很大,理想的幹壓成形粉體是松裝密度高、流動性好、得到的壓制坯體和燒成瓷體都具有較高的體積密度。

相關焦點

  • 壓電陶瓷原理
    壓電陶瓷是一種能夠將機械能和電能互相轉換的功能陶瓷材料,屬於無機非金屬材料。壓電陶瓷具有敏感的特性,可以將極其微弱的機械振動轉換成電信號,可用於聲納系統、氣象探測、遙測環境保護、家用電器等。壓電陶瓷對外力的敏感使它可以感應到十幾米外飛蟲拍打翅膀對空氣的擾動,用它來製作壓電地震儀,能精確地測出地震強度,指示出地震的方位和距離,這不能不說是壓電陶瓷的一大奇功。
  • 壓電陶瓷PZT動態操作
    上一篇介紹了外界環境溫度變化對壓電陶瓷的影響,這一篇我們繼續介紹壓電陶瓷動態操作中需要注意的問題,以及壓電陶瓷的功率散熱。
  • 壓電陶瓷點火器工作原理剖析
    什麼是壓電陶瓷   壓電陶瓷是一種能夠將機械能和電能互相轉換的信息功能陶瓷材料-壓電效應,壓電陶瓷除具有壓電性外, 還具有介電性、彈性等, 已被廣泛應用於醫學成像、聲傳感器、聲換能器、超聲馬達等。
  • 壓電陶瓷功率散熱及使用注意事項
    這一篇介紹壓電陶瓷動態操作中需要注意的問題,以及壓電陶瓷的功率散熱。為增加整個壓電機械結構的可靠性,我們必須要有一個與壓電特性匹配的設計原則,在長期的使用過程中必須遵守這個原則,否則將導致陶瓷或整個結構的損壞。 壓電陶瓷使用注意事項
  • 西人馬公司將壓電陶瓷改產為口罩機專用陶瓷
    在2020年這個特殊的春天,西人馬聯合測控(泉州)科技有限公司(以下簡稱西人馬公司)又一次完成新挑戰——憑藉雄厚的壓電陶瓷技術積累,將高性能壓電陶瓷產品成功改產為口罩機專用壓電陶瓷。西人馬公司是一家具備晶片和傳感器材料合成、晶片設計、製造、封裝和測試全方位能力的公司,憑藉強大的技術力量,快速反應,積極行動,在新冠肺炎疫情肆虐全球之際,為呵護人類健康貢獻自己應有的力量。
  • 壓電陶瓷致動器的直線運動應用
    壓電陶瓷致動器做為相關應用首選技術時,通常要求運動幾納米或更高的解析度,亞毫米或微米級行程範圍的應用在線性運動中並不少見。為了說明這一點,下面是一些行業和應用的例子,在這些行業和應用中,壓電陶瓷致動器通常是最佳解決方案。
  • 換能器陶瓷片超聲波振子壓電陶瓷環20K—海洲智能
    換能器陶瓷片超聲波振子壓電陶瓷環20K—海洲智能20K :φ50 φ17 *6.5 MM焊接壓電陶瓷換能片15K壓電陶瓷環20K點焊機換能片壓電陶瓷 壓電陶瓷 是一種能夠將機械能和電能互相轉換的信息功能陶瓷材料-壓電效應,壓電陶瓷除具有壓電性外, 還具有介電性、彈性等, 已被廣泛應用於醫學成像、聲傳感器、聲換能器、超聲馬達等
  • 壓電陶瓷PZT動態操作以及它的使用注意事項
    ,以及壓電陶瓷的功率散熱。為增加整個壓電機械結構的可靠性,我們必須要有一個與壓電特性匹配的設計原則,在長期的使用過程中必須遵守這個原則,否則將導致陶瓷或整個結構的損壞。 壓電陶瓷使用注意事項 散熱方面 在壓電陶瓷的動態循環過程中,由於壓電陶瓷的內部結構的「內耗」將會產生熱量,也就是電能除了轉化為機械能以外,還有一部分轉化為熱能。這種機械損失是相當複雜的,但是我們可以知道產生的熱量一定程度上是取決於系統的工作條件。由於陶瓷的內部結構是不能移動的,陶瓷中不存在「結構性摩擦」,因此陶瓷內部的阻礙的損耗是相當低的。
  • 壓電陶瓷研究的重點與熱點:無鉛壓電材料
    壓電陶瓷是一種具備了壓電、介電以及彈性三種性能的各向異性材料。因此,壓電陶瓷性能好壞的衡量主要是通過不同的性能參數大小來區分,主要有以下幾個性能參數:壓電常數(d33),機電耦合係數(kp),機械品質因數(Qm),介電常數(εr),介電損耗(tanδ),居裡溫度(Tc),電滯回線(P-E)。
  • 壓電陶瓷位移與出力之間的關係是怎樣的
    ,諮詢壓電陶瓷在結構中的出力是否可以達到預期要求,其實壓電陶瓷出力是一個複雜的過程,下面具體介紹。 位移與出力的關係 位移 ΔL0: 是壓電陶瓷產生的位移,這個數值是在空載條件下測得,即在壓電陶瓷產生位移過程中不受任何阻力。對陶瓷施加電壓後, 測得相應位移。出力Fmax :是壓電陶瓷產生的最大出力,這個數值是壓電陶瓷在最大驅動電壓下且位移為0時,測得的出力,即抵抗大剛度負載的推力。
  • 歸類分析 | 壓電陶瓷蜂鳴片的歸類分析
    壓電陶瓷蜂鳴片,用鋯酸鉛、鈦酸鉛等製成的壓電陶瓷片,以銅片為基片和電極層,根據壓電效應原理接點後產生振動發出聲音。可直接接入電路中用於儀器儀表中充當蜂鳴器使用,亦可安裝腔體形成蜂鳴器。一、壓電陶瓷蜂鳴片可在儀器儀表中直接當做蜂鳴器使用,應按蜂鳴器歸入8531.8010;二、壓電陶瓷蜂鳴片即使安裝腔體形成蜂鳴器,作為蜂鳴器的一部分。
  • 三個管腳的壓電陶瓷片
    一、帶有三個管腳的壓電陶瓷片帶有三個管腳的壓電陶瓷片是在原有的壓電陶瓷片的基礎上專門有一個反饋引腳
  • 一種新型壓電陶瓷驅動電源的研究
    壓電陶瓷是一種微驅動材料,具有體積小、位移解析度高、頻響高、無噪聲、不發熱、輸出有效頻帶寬、使用壽命長、位移精度非常高、驅動能力可達幾十牛到幾百牛[1-2]等特點,使得壓電陶瓷在動態定位領域的應用越來越廣泛。
  • 高動態壓電陶瓷促動器的特性及技術參數
    打開APP 高動態壓電陶瓷促動器的特性及技術參數 儀表網 發表於 2020-03-17 14:54:40 高壓柱形壓電陶瓷促動器是驅動電壓為1000V,帶有預載力柱形機械封裝壓電陶瓷。
  • 研發實用性高性能無鉛壓電陶瓷材料的新進展
    傳統鉛基壓電材料因性能優異而佔據了大部分的市場份額,但這些材料中含有大量對環境和人體有毒有害的重金屬鉛元素,因而無鉛壓電材料研究備受關注,高性能無鉛壓電陶瓷研發是近十多年來的重要研究方向。雖然近十多年來無鉛壓電陶瓷研究取得顯著進展,但是如何進一步在提高其壓電性能的同時改善其性能溫度穩定性一直是阻礙無鉛壓電陶瓷實用化的難題。
  • 從壓電陶瓷到超聲距離傳感,小米MIX為何如此冒險?
    Y6Bednc聽筒的技術特性要求聽筒必須物理上貼近耳朵,這嚴重限制了 ID 設計的自由度。Y6Bednc小米MIX 的答案是:懸臂壓電陶瓷導聲技術。Y6Bednc為了大家理解壓電陶瓷發聲,我們舉幾個簡單的例子:Y6Bednc第一個例子就是網上眾多的共振音箱,通過壓電陶瓷的振動可以帶動玻璃甚至桌面振動產生聲音。
  • 2020年全球與中國壓電陶瓷現狀調研及發展趨勢走勢分析報告
    壓電陶瓷行業研究報告首先介紹了壓電陶瓷的背景情況,包括壓電陶瓷的定義、分類、應用、產業鏈結構、產業概述、壓電陶瓷行業國家政策及規劃分析、最新動態分析等。壓電陶瓷行業報告還包含對未來幾年壓電陶瓷市場的價格、成本、毛利、產值等詳細數據的預測。
  • 三分鐘看懂壓電蜂鳴器工作原理及應用
    壓電蜂鳴器是一種以壓電陶瓷作為電聲換能器的發聲體,這種器件的核心是以壓電陶瓷薄片粘貼在金屬片上的換能換件,即壓電蜂鳴片。   壓電蜂鳴器工作原理   壓電式蜂鳴器的工作原理就是將壓電陶瓷片經過高壓機壓後粘貼在振動金屬片上面。
  • 陶瓷屬於什麼材料 陶瓷的性能
    3、提高輻射率可以有效地將散熱器表面的熱量通過熱輻射的形式帶走,一般鋁製散熱器通過陽極氧化來提高表面輻射率,陶瓷材料本身可以具有高輻射率特性,不必進行複雜的後續處理。陶瓷的性能1、力學特性陶瓷材料是工程材料中剛度最好、硬度最高的材料,其硬度大多在1500HV以上。陶瓷的抗壓強度較高,但抗拉強度較低,塑性和韌性很差。
  • 新型分子壓電材料被發現 彎折衣服將可對手機充電
    &nbsp&nbsp&nbsp&nbsp據新華社南京電 (記者鄭生竹)記者22日從東南大學有序物質科學研究中心獲悉,該中心研究團隊發現的一類新型分子壓電材料,首次在壓電性能上達到了傳統無機壓電材料的水平,這一材料將有望使電子產品體積進一步縮小、彎折衣服就可對手機充電等應用成為可能。