压电陶瓷应用研究进展
2024年压电陶瓷技术市场发展现状
压电陶瓷技术市场发展现状概述压电陶瓷是一种利用压电效应产生电荷的材料，具有优异的机械、电学和热学性能，被广泛应用于传感器、换能器、滤波器、振动马达等领域。
本文将对压电陶瓷技术市场的发展现状进行讨论。
市场规模压电陶瓷技术市场在过去几年中呈现稳步增长的趋势。
根据市场研究公司的数据显示，在2019年，全球压电陶瓷市场规模达到XX亿美元，并预计到2025年将增长到XX亿美元。
这主要归因于对压电陶瓷在汽车、医疗设备、通信和消费电子等领域应用的不断增加。
应用领域汽车行业压电陶瓷在汽车行业中的应用日益广泛。
首先，压电陶瓷压力传感器被用于检测轮胎的胎压，从而提高行车安全性。
其次，压电陶瓷的振动马达可以被应用于汽车的振动反馈系统，提供给驾驶员更直观的操作体验。
此外，压电陶瓷还可以用于气囊的碰撞传感器和声波脉冲传感器等方面。
医疗设备压电陶瓷在医疗设备领域也有广泛应用。
例如，压电陶瓷作为超声波换能器被广泛用于医学超声影像系统，其高频率和高灵敏度的特点使得图像质量更好。
此外，压电陶瓷还可以用于骨切割器、牙科设备等器械的振动部件。
通信与消费电子随着智能手机、平板电脑等消费电子产品的普及，对于压电陶瓷技术的需求也在不断增加。
压电陶瓷振荡器被用于产生稳定的时钟信号，以确保设备的正常工作。
此外，压电陶瓷也可以用于麦克风和扬声器，提供高质量的声音效果。
技术创新压电陶瓷技术在过去几年中也取得了一些重要的进展。
例如，研究人员不断改进压电陶瓷的制备工艺，提高材料的性能和可靠性。
同时，新型压电材料的研发也在不断进行，以满足不同应用对于性能和功能的需求。
市场竞争压电陶瓷技术市场存在着激烈的竞争。
目前，市场上主要的压电陶瓷制造商包括村田制作所、摩尔根、TDK等。
这些公司不断进行技术创新和产品研发，以提高其市场份额。
此外，新兴的压电陶瓷技术公司也在迅速崛起，加剧了市场的竞争。
结论压电陶瓷技术市场在多个领域都有广泛的应用，市场规模不断扩大。
随着技术创新的推动和市场竞争的加剧，预计压电陶瓷技术在未来将继续保持良好的发展势头。
无铅压电陶瓷材料研究进展
2017年09月无铅压电陶瓷材料研究进展曲莉莉1,2（1.兰州大成科技股份有限公司，甘肃兰州730000；2.兰州大成真空科技有限公司，甘肃兰州730000）摘要：压电陶瓷是一种将机械能和电能互相转换的功能无机非金属材料。
本文主要对无铅压电陶瓷的发展现状做了简要的介绍，并阐述了三种无铅压电陶瓷的改性研究，分别为掺杂改性、固溶改性、织构化。
无铅压电陶瓷的性能，经过进一步研究与改善，将来有望逐渐替代压电陶瓷。
关键词：掺杂；固溶改性；织构化1无铅压电陶瓷的发展现状按晶体结构，无铅压电陶瓷分为铋层状结构、钨青铜结构、钙钛矿结构三个研究系列。
1.1铋层结构铋层结构由二维的(Bi 2O 2)2+层与[BO 6]八面体交替排列而成，A 位是适合于12配位的+1、+2、+3、+4价离子或由其组成的复合离子，B 位是八面体配位离子或由其组成的复合离子，它们的化学通式用(Bi 2O 2)2+(A m-1B m O 3m+1)2-表示，其中m 取整数，与钙钛矿层(A m-1B m O 3m+1)2-内的八面体层数相对应，取值范围在1-5之间。
1.2钨青铜结构钨青铜化合物是由共顶点的[BO 6]式氧八面体堆垛而成，结构通式为(A 1)2(A 2)4(C)4(B 1)2(B 2)8O 30。
通常，钨青铜化合物的自发极化较大、居里温度较高、介电常数较低，其成分与构造对它的铁电性能有重要影响。
1.3钙钛矿结构钙钛矿结构压电陶瓷相具有相对较高的压电常数。
这是由于ABO 3型钙钛矿结构中B 离子易于偏离八面体的体心位置，钙钛矿结构从本质上是有利于显示铁电性的晶体结构。
对压电陶瓷进行掺杂有效的改善了压电性能，结构铋层结构钨青铜结构钙钛矿结构化学式SrBi 2(Nb 0.9Ta 0.1)2O 9Na 0.5Bi 4.5Ti 5O 18CaBi 4Ti 4O 15Sr 0.6Ba 0.4Nb 2O 6Sr 1.9Ca 0.1NaNb 5O 15CaBa 4SmTi 3Nb 7O 30Sr 1.95Ca 0.05NaNb 5O 15-0.5wt%MnO 2(Bi 0.5Na 0.5)TiO 3(Na 0.5Bi 0.5)TiO 3-(K 0.5Bi 0.5)TiO 3-BaTiO 3[Bi 0.5(Na 0.7K 0.25Li 0.05)0.5]TiO 3(K 0.44Na 0.52Li 0.04)(Nb 0.86Ta 0.10Sb 0.04)O 3εr140150-2001609001050902123240-34010501276－k p0.050.05－－0.35－0.130.130.2520.22－d 33(pC/N)131616165210519050149145300T C (℃)42066079075－198260320－－2532无铅压电陶瓷的改性研究人们通过掺杂改性、固溶改性、织构化来提高无铅压电陶瓷的性能，期望得到性能与铅基压电陶瓷相比拟环境友好型无铅压电陶瓷，下面对这几种主要的方面做以简单的介绍。
国产压电陶瓷发展水平
国产压电陶瓷发展水平压电陶瓷是一种特殊的陶瓷材料，具有压电效应，即在外加压力下会产生电荷分离现象，从而产生电压。
压电陶瓷具有广泛的应用领域，如声学、传感器、振动器等。
国产压电陶瓷的发展水平一直是人们关注的焦点。
国产压电陶瓷的研究与开发取得了显著进展。
近年来，国内科研机构和企业在压电陶瓷领域投入了大量人力和物力，加强了研究与开发工作。
通过不断优化材料配方、改进工艺技术，国产压电陶瓷的性能得到了很大提升。
如压电常数的增加、介电常数的降低等，使其在应用中具有更广泛的选择空间。
国产压电陶瓷的生产能力不断提高。
随着对压电陶瓷需求的增加，国内压电陶瓷企业不断扩大生产规模，引进了先进的生产设备，提高了生产效率。
同时，国内企业还加强了质量控制，通过ISO认证等方式提高产品质量，提升了国产压电陶瓷的竞争力。
国产压电陶瓷在应用领域取得了重要突破。
压电陶瓷作为一种功能材料，广泛应用于声学、传感器、振动器等领域。
在声学领域，国产压电陶瓷在扬声器、麦克风等设备中得到了广泛应用。
在传感器领域，国产压电陶瓷在压力传感器、加速度传感器等方面取得了重要进展。
在振动器领域，国产压电陶瓷在马达、换能器等方面应用广泛。
然而，与国外相比，国产压电陶瓷在某些方面仍存在差距。
首先是材料性能方面，在压电常数、介电常数等方面，与国外先进水平相比仍有一定差距。
其次是产品质量方面，国产压电陶瓷在质量稳定性、可靠性等方面仍需进一步提高。
最后是创新能力方面，国内企业在新材料研发、新工艺开发等方面相对滞后。
为了提升国产压电陶瓷的发展水平，需要加强科研力量和产业创新。
一方面，加大对压电陶瓷研究的投入，加强基础研究，提高国内压电陶瓷的科研水平。
另一方面，加强与企业的合作，推动科研成果的转化和产业化，提高国产压电陶瓷的市场竞争力。
国产压电陶瓷的发展水平在不断提高，取得了一系列成果。
但与国外相比，仍有一定差距。
为了进一步提升国产压电陶瓷的水平，需要加强科研力量和产业创新，推动技术进步和产业升级，以满足市场需求，提高国产压电陶瓷的竞争力和影响力。
压电陶瓷材料的性质研究与应用
压电陶瓷材料的性质研究与应用压电陶瓷材料是指在外加电场作用下能够发生形变，而在外加形变作用下又能够产生电荷分布的一种特殊材料。
它是一种具有卓越性能的功能材料，具有压电、电磁、光学、声学、磁学等多种特性，被广泛应用于传感、仪器、通讯、医疗、能源、军事等领域。
一、压电陶瓷材料的性质压电效应是指当施加压力时，材料会产生电荷分布是由于材料在压力下对晶格间距进行拉伸或压缩，从而导致材料在电性上产生变化。
与之相反，当施加电场时，材料也会发生形变。
压电陶瓷材料是一种非常优秀的压电材料，具有稳定的机械性能、良好的化学稳定性、高压电系数、极高的Q值、较大的耐热和耐湿性能。
目前，常用的压电陶瓷材料主要有PZT（铅锆钛）、PMN-PT（铅镁铌酸钛）、PNZT（铅钇锆钛）等。
二、压电陶瓷材料的应用压电陶瓷材料是一种功能材料，广泛应用于传感、控制、振动、谐振、储能等领域。
以下是几个典型的应用案例。
（1）传感器压电传感器是压电材料广泛应用的领域之一。
利用压电陶瓷材料的压电效应，将压电陶瓷材料作为敏感元件，制成各种传感器。
例如，对于水下传感器，采用压电陶瓷材料的压电效应，可以使传感器具有压力传感、压力传递、声波传输等功能。
同时，还可以使水下传感器具有扩张性、延伸性、防震性等优良性能。
（2）谐振器谐振器是利用谐振现象的设备，可以用于精确测量、频率控制、稳定器等领域。
压电陶瓷材料的高压电系数、低损耗、温度稳定性较好的性能，使它成为制备谐振器的优良材料。
例如，对于陶瓷振荡器，采用压电陶瓷材料可以制作出更为灵敏、更为精准的振荡器。
（3）控制器压电陶瓷材料可以通过改变外加电场的大小和方向，实现精密的机械控制。
而且由于压电效应是一种瞬态响应，因此压电陶瓷材料的机械响应很快，可以快速并精确地实现机械控制。
例如，对于固体流量控制器，采用压电陶瓷材料可以实现流量快速自动调节。
三、未来展望随着信息技术的快速发展，传感、通讯、能源等领域对功能材料的需求日益增加，压电陶瓷材料的应用前景非常广阔。
压电陶瓷晶粒取向生长研究进展
压电陶瓷晶粒取向生长技术的研究进展材料科学0901班指导老师：张强摘要压电陶瓷晶粒取向生长技术是一种结构改性，它是利用压电材料性能各向异性的特点，将无规则取向的陶瓷晶粒定向排列。
由于其能够在不改变材料居里温度的前提下大幅度提高陶瓷的压电性能，故压电陶瓷的晶粒取向生长技术已成为研究的热点，受到了高度重视及广泛研究。
本文分别从定向凝固技术、多层晶粒生长技术、模板晶粒生长技术和反应模板晶粒生长技术等四个方面，归纳并分析了近年来压电陶瓷晶粒取向生长技术的研究进展和研究趋势，并对压电陶瓷晶粒取向生长技术今后的研究和发展提出一些建议。
关键词：压电陶瓷，取向生长，取向度，织构陶瓷AbstractThe grain orientation techniques of piezoelectric ceramics is a kind of structure modification which were used by properties anisotropy of piezoelectric material.Randomly orientated ceramics grains were aligned along a certain direction and piezoelectric properties can be greatly enhanced without changing the Curie temperature after grain orientation. It have attracted considerable attention because the grain oriented piezoelectric ceramics possess higher piezoelectric properties than polycrystalline ceramics and have the same Curie temperature as polycrystalline ceramics．In this paper，the research progress and trend of grain orientation techniques of piezoelectric ceramics are summarized with emphases on directional solidification technology,multilayer grain growth technique，templated grain growth and reactive—templated grain growth technique．The future for the developments of grain orientation techniques of piezoelectric ceramics are also proposed．Key words：piezoelectric ceramics；oriented growth；degree of orientation；texured ceramics1引言压电陶瓷，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，是一种具有压电效应的材料。
压电陶瓷发电特性及其应用研究共3篇
压电陶瓷发电特性及其应用研究共3篇压电陶瓷发电特性及其应用研究1压电陶瓷发电特性及其应用研究压电陶瓷是一种能够将电能和机械能相互转换的材料，其具有很强的压电效应和角电效应。
因此，它在能量转换和储存领域中具有广泛的应用。
本文将重点介绍压电陶瓷的发电特性及其应用研究。
1. 压电陶瓷的发电特性压电陶瓷的发电机制是基于压电效应。
当施加外力或压力时，它会产生电荷分布不均的情况，从而产生电势差并形成电流。
这种电荷分布的不均匀是压电效应的直接结果。
另一方面，压电陶瓷也具有角电效应。
当施加过电压时，它可以被用作电极化器，在没有任何电学信号的情况下将机械幅度转换为电学信号。
2. 压电陶瓷的应用研究2.1 压电陶瓷发电机压电陶瓷发电机可以将机械能转换为电能。
它可以通过施加外力来刺激压电陶瓷并流过电流。
由于其结构简单、可靠性高、无污染、可靠性高等特点，压电陶瓷发电机受到了广泛的关注。
2.2 压电能量收集装置压电能量收集装置是将压电陶瓷与电容器等元件结合使用，以收集从机械系统中产生的微弱电能。
其中一种常见的应用是使用人体步态能量来为电子设备充电。
此外，还可以通过将压电元件与振动绝缘和滤波元件结合使用来收集车辆振动或其他环境振动中的能量，以实现稳定、可靠的电源供应。
2.3 压电陶瓷传感器压电陶瓷传感器被广泛应用于建筑结构、机器人、生物医学监测和流量计等领域。
例如，压电陶瓷传感器可用于对结构的物理变形和应力进行测量，以便进行健康监测。
另外，它还被用作假肢控制和人机交互的红外触摸传感器。
3. 结论压电陶瓷发电具有广泛的应用前景，但其性能需要进一步提高。
研究应该重点关注如何提高压电陶瓷的输出功率和增加其工作寿命。
此外，在应用中，还应注意减小压电陶瓷的失效率以及尽可能减少它在安装中的受外部机械、化学和热损害的风险综上所述，压电陶瓷作为一种新型的能量转换材料，具有着广泛的应用前景。
通过应用研究可发现，压电陶瓷在发电、能量收集和传感器领域都具有非常重要的应用前景。
压电陶瓷应用研究进展
引言压电陶瓷是一种能够将机械能和电能互相转换的功能陶瓷材料 ,它具有压电效应。
所谓压电效应是指由应力诱导出极化 (或电场 ) ,或由电场诱导出应力 (或应变 )的现象 ,前者为正压电效应 ,后者为负压电效应 ,两者统称为压电效应。
目前为止 ,压电陶瓷的这种压电效应已被应用到与人们生活密切相关的许多领域 ,遍及工业、军事、医疗卫生、日常生活等。
可见压电陶瓷应用的研究意义非常重大。
随着新工艺和新材料的出现 ,压电陶瓷应用日新月异 ,本文描述了一些压电陶瓷新应用成果。
2压电陶瓷的广泛应用压电陶瓷的应用十分广泛。
大体说来 ,可分为频率控制、换能传感和光电器件等方面。
2 1压电陶瓷频率控制器件压电频率控制器件有滤波器、谐振器和延迟线等 ,这类器件使用于道倍机、微机、彩电延迟电路等中。
压电陶瓷片 (压电振子 )在外加交变电压作用下 ,会产生一定频率的机械振动。
在一般情况下这种振动的振幅很小 ,但是当所加电压的频率与压电振子的固有机械振动频率相同时会引起共振 ,振幅大大增加。
这时 ,交变电场通过逆压电效应产生应变 ,而应变又通过正压电效应产生电流 ,电能和机.免费能源--压电陶瓷的新用途。
压电陶瓷4000千瓦压电能量回收系统在以色列的高速公路（一公里能发出的电力是400千瓦电能。
)压电陶瓷是我们常见的“免费能源”比如，你身上的打火机。
你家煤气炉子的打火器。
还有压电陶瓷扬声器。
但是有没有人想过：用她来建一座发电厂呢？以色人就想到这点。
并且…建成‟--以汽车驶过。
路基受压。
的压电陶瓷公路。
这种压力是不必付款的免费能源。
只要初期投资。
以后将不必要任何"能源"的再投入。
而且永远免费。
路面下埋藏着…压电陶瓷的高速公路。
1立交桥更是非常棒的发电厂。
原则产生电已经应用于设备被放置在其振动沥青路面。
转换成电力,以色列的工程师希望收获的能量从过往车辆。
他们的精力充沛的数字是看点。
发包人哈伊姆阿布拉莫维奇从理工(以色列海法的理工学院)说该系统能生产400千瓦从1公里长的伸展,在一条四车道的公路系统。
压电陶瓷可行性研究报告
压电陶瓷可行性研究报告一、课题背景压电陶瓷材料是一种特殊的功能陶瓷材料，具有压电效应和压电性能。
它是由一些具有晶体结构的陶瓷材料组成，这些晶体的大小和形状可以通过对化学成分、烧结温度和热处理条件进行工艺控制而得到调整。
压电陶瓷材料在电子学、通信、医疗、汽车、军事、民用领域都有着广泛的应用，是当前陶瓷材料中的一种重要材料，因此对其可行性进行研究具有重要意义。
二、课题目的本次研究旨在对压电陶瓷材料进行可行性研究，通过对材料的性能特点、加工工艺、市场需求等方面进行深入分析，为压电陶瓷材料的开发与应用提供可行性研究支撑，为相关领域的科研工作者提供参考依据。
三、研究内容本次研究将主要围绕以下几个方面进行深入分析：（1）压电陶瓷材料的性能特点：对压电陶瓷材料的结构、压电效应、力学性能等方面进行分析，揭示其特殊性能。
（2）压电陶瓷材料的加工工艺：对压电陶瓷材料的制备工艺、烧结工艺、表面处理工艺等进行研究，探讨其加工工艺特点。
（3）压电陶瓷材料的市场需求：通过对压电陶瓷材料在电子学、通信、医疗、汽车、军事、民用领域的应用需求进行市场调研，分析其市场需求情况。
四、研究方法本次研究将采用实验研究、文献调研和市场调研相结合的方法，通过实验分析压电陶瓷材料的性能特点和加工工艺，通过文献调研了解压电陶瓷材料的相关科研进展和应用情况，通过市场调研了解压电陶瓷材料在各个应用领域的市场需求情况。
五、研究进度截止目前，我们已经进行了对压电陶瓷材料的实验研究工作，初步掌握了其性能特点和加工工艺特点，同时已经进行了文献调研和市场调研工作，对相关领域的科研进展和市场需求有了一定了解。
六、研究成果本次研究将形成一份关于压电陶瓷材料可行性研究的报告，深入分析了压电陶瓷材料的性能特点、加工工艺和市场需求，提出了相关结论和建议，为压电陶瓷材料的开发与应用提供了支撑。
七、结语压电陶瓷材料是一种重要的功能陶瓷材料，在电子学、通信、医疗、汽车、军事、民用领域都有着广泛的应用，对其进行可行性研究是十分必要的。
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压电陶瓷应用研究进展程院莲,鲍 鸿,李 军,李小亚(广东工业大学自动化学院,广东广州510090)摘 要:阐述了压电陶瓷在振子、换能器及光电等方面的应用及近年来所取得的最新成果;给出了具体的最新应用实例。
关键词:压电陶瓷;超声换能器;压电驱动器中图分类号:TN712+ 5 文献标识码:A 文章编号:1672-4984(2005)02-0012-03Research progress in applications of piezoelectric ceramicC HENG Yuan -lian,BAO Hong,LI Jun,LI Xiao -ya(College of Automation,Guangdong University of Technology,Guangzhou 510090,China)Abstract:The applications to the aspects such as piezoelectric resonators ,piezoelectric transducer,photo devices,and the newest research outcomes made in the recent years are expounded,some newest application examples are also given Key words:Piezoelectric ceramic;Ultrasonic transducer;Piezoactuator收稿日期:2004-06-09;收到修改稿日期:2004-08-17基金项目:广东省教育厅科研基金项目资助(030058)作者简介:程院莲(1978-),女,硕士研究生,主要从事检测技术与自动化装置研究。
1 引 言压电陶瓷是一种能够将机械能和电能互相转换的功能陶瓷材料,它具有压电效应。
所谓压电效应是指由应力诱导出极化(或电场),或由电场诱导出应力(或应变)的现象,前者为正压电效应,后者为负压电效应,两者统称为压电效应。
目前为止,压电陶瓷的这种压电效应已被应用到与人们生活密切相关的许多领域,遍及工业、军事、医疗卫生、日常生活等。
可见压电陶瓷应用的研究意义非常重大。
随着新工艺和新材料的出现,压电陶瓷应用日新月异,本文描述了一些压电陶瓷新应用成果。
2 压电陶瓷的广泛应用压电陶瓷的应用十分广泛。
大体说来,可分为频率控制、换能传感和光电器件等方面。
2 1 压电陶瓷频率控制器件压电频率控制器件有滤波器、谐振器和延迟线等,这类器件使用于道倍机、微机、彩电延迟电路等中。
压电陶瓷片(压电振子)在外加交变电压作用下,会产生一定频率的机械振动。
在一般情况下这种振动的振幅很小,但是当所加电压的频率与压电振子的固有机械振动频率相同时会引起共振,振幅大大增加。
这时,交变电场通过逆压电效应产生应变,而应变又通过正压电效应产生电流,电能和机械能最大限度地互相转换,形成振荡。
利用压电振子这一特点,可以制造各种滤波器、谐振器等,其频率稳定性好,精度高,适用频率范围宽,体积小,不吸潮,寿命长,特别是在多路通信设备中能提高抗干扰性,所以目前已取代了相当大一部份电磁振荡器和滤波器,而且这一趋势还在不断发展中。
2 2 压电换能器及传感器压电陶瓷在交变电场作用下,会产生伸缩振动,从而向介质中发射声波。
当交变电场的频率与压电陶瓷的固有机械频率相近时会产生共振,它能发出很强的超声波振动。
因而可利用所产生的高强度超声波来改变物质的性质和状态,如超声清洗、超声乳化以及制作各种超声切割器、焊接装置及烙铁,对塑料甚至金属进行加工等。
压电晶体产生的超声波在介质中传播,遇到障碍物时,大部分声能被折回形成回波,回波再被压电晶体接收转变成电信号,电信号的幅度与给定频率下的声信号的幅度成比例。
根据此电信号的各种参量,可以进行超声医疗,对金属进行无损探测以及探测水下物体等。
其中把声能转换为电能的换能器叫作接收器或水听器;把电能转换为声能的换能器叫作发射器。
声纳就是这方面的一个广泛应用,有些声纳用同一只换能器来发射和接收声音;另一些则使用分开的发射器和水听器。
其第31卷第2期 2005年3月中国测试技术C HINA MEASUREME NT TECHNOLOGYVol 31 No 2Mar,2005应用于水下导航、通讯、侦察敌舰、清扫敌布水雷、探测鱼群及勘查海底地形地貌等。
另外,由压电陶瓷发声元件和振荡电路组成的压电蜂鸣器、送话器、受话器、压电喇叭等,应用十分广泛,其具有无触点、高可靠性、无射电噪音、音色清晰、适宜集成化等优点。
利用压电陶瓷具有敏感的特性,可以将极其微弱的机械振动转换成电信号,可应用于声纳系统、气象探测、遥感遥测、环境保护、家用电器等。
根据敏感特性制作出的压电地震仪,能精确地测出地震强度,指示出地震的方位和距离。
利用压电陶瓷在电场作用下产生微小形变量可以制做精确控制机构 压电驱动器,其在精密仪器和机械的控制、微电子技术、生物工程等领域发挥着重大作用。
而利用压电陶瓷能将外力转换成电能的特性,可用于计测,如测量压力和加速度的压电力敏传感器,还可用于制造出压电点火器、移动X 光电源、炮弹引爆装置等。
2 3 光电方面的应用压电陶瓷除具有压电效应外,还有热释电效应、光弹、光电效应。
这方面应用器件有:光调制器、光阀、电光显示、光信息储存、映象储存和显示、电控多色滤波器。
1971年美国Haertling 和Land 将用La 置换一部分Pb 的Pb1-xLa x (Zry Ti-i y )1-(x/4)O3组成(简称PLZ T)进行热压烧结成型,所得陶瓷研磨的薄片具有电控双折射、电控可变光散射等特性,可用作关阀、电光调制器和光记忆元件等。
透明铁电压电陶瓷(PLZT)是一种很有价值的新型电子材料,开辟了压电陶瓷材料在电光应用上的发展,其具有易于加工成各种不同尺寸和形状的制品,控制组成性质可变范围宽,成本低等特点。
3 压电陶瓷最新应用实例3 1 压电驱动器压电驱动器是一种新型微位移驱动器件,其具有位移控制精度高、响应快、驱动力大、驱动功率低和工作频率宽等优点,在精密机械中日趋获得广泛应用。
目前压电驱动器作为另一类压电陶瓷新应用产品被人们加以研究,这类产品包括微定位、超声马达和振动主动控制机构三种类型。
3 1 1 压电驱动器位移性能压电驱动器由压电陶瓷材料锆钛酸铅(PZT)制造而成。
如果采用单板型压电陶瓷PZT,1c m 厚的PZ T 要想得到10um 左右的驱动位移,则两端需要施加5KV 的电压。
给PZT 施加如此高的电压,可能会使绝缘击穿而引起机械破坏。
因为压电陶瓷的变形量与厚度无关,由此人们开发出了层叠式压电驱动器。
将压电陶瓷做成很薄的薄片(现在已经能制造出0 05mm 压电陶瓷薄片),将多片压电陶瓷基片,采用机械上串连、电路上并连,然后烧结在一起的方式制成。
这样,给它施加数百伏的电压便可得到很大的驱动位移。
在应用中,人们还开发出了体积小、无机械摩擦、无间隙、运动灵敏度高的柔性铰链结构用于位移放大。
3 1 2 微定位器微定位器主要用于微米级及亚微米级精度的定位控制,如光学仪器的生产,光纤对接,高精度三维微动台,高精度机加工及隧道效应的研究等。
在定位技术中,传统的定位装置,如滚动或滑动导轨、精密螺旋楔块机构、涡轮-凹轮机构、齿轮-杠杆式机构等机械传动式微位移驱动器构成定位机构,由于存在着较大的间隙和摩擦,所以无法实现超精密定位。
而采用压电驱动器结合柔性铰链放大机构,可以克服上述缺点而实现微纳米级的超精密定位。
其中精密微动工作台的研制开发已成为当今国内外研究的热点问题之一,如清华大学开发的以单轴柔性铰链作为机械传动机构的压电驱动微动工作台,其分辩力 S 0 1um;工作行程S 235 6um;最大输出力F 485N 。
3 1 3 超声马达超声马达是一种新型电机,它是靠压电陶瓷材料作为驱动器。
在交变电场下,陶瓷产生伸缩现象,在弹性体中激发某种类型的超声频率振动和波动时,弹性体的表面借助于摩擦力,推动与其接触的物体运动。
图1是压电超声马达的基本工作原理。
通常要通过各种振动模式转换与复合,压电马达才能将压电体的简单伸缩模式变成需要的可用来产生旋转或直线运动的驱动模式。
按惯用的电机术语,不动的弹性体称为定子,运动的物体称为转子。
与传统马达相比,超声马达具有低功耗、大转矩、快响应、控制性能好、位置分辨率高、容易与计算机接口,没有绕组和磁场部件,直接由压电陶瓷材料实现机电能量转换,无电磁干扰和无需润滑等特点。
应用领域:(1)小功率压电马达在汽车上应用广泛,如车门的玻璃升降、刮雨器等。
德国奔驰公司已将超声马达用于汽车自动门的驱动上。
(2)由于具有抗电磁干扰,分辩力高的特点,超声马达可用于XY 绘图仪、精密手表等。
(3)超声马达是智能机械人和微型机械的重要驱动部件。
其中厘米微马达可用于第31卷第2期程院莲等:压电陶瓷应用研究进展13照相机、摄像机的自动调焦。
毫米微马达则可用于微小卫星扫描装置及军用直升飞机等。
3 14 振动主动控制振动主动控制利用了压电陶瓷的智能功能(压电陶瓷既能感知噪声信号,又能发出与噪声信号相位相反、强度相等的声信号,以抵消噪声的功能),它主要用于飞机、潜水艇、军用车辆的噪声主动控制,是一项很有用途的高新技术,在未来的军事领域将起着很重要的作用。
传统的被动减震降噪方法是通过增加质量、阻尼、刚度或者是通过结构的重新设计而改变系统的特性,这样做有不少缺陷。
压电材料自身具有的正逆压电效应,使其成为挠性结构主动分布控制中检测器与执行器的理想材料。
用于这方面较为重要的压电材料有PZT和PVDF。
其原理是通过一个带有压电检测器和执行器的梁,底部的压电层(作检测用)感应梁的位移,产生相应的电压,将这一电压按照一定的控制规律乘以放大系数并反馈到上部的压电执行器,压电执行器受到电压的作用而产生机械振动,如果反馈电压转换了180 的相位,这种振动就会抵消梁的振动,从而达到减振降噪的目的。
3 2 超声医疗压电超声医疗仪中应用最广的是B型超声诊断仪。
这种诊断仪中有用压电陶瓷制成的超声波发生探头,它发出的超声波在人体内传输,体内各种不同组织对超声波有不同的反射和透射作用。
反射回来的超声波经压电陶瓷接收器转换成电信号,并显示在屏幕上,据此可看出各内脏的位置、大小及有无病变等。
B型超声诊断仪通常用来检查内脏病变组织(如肿块等)。
压电陶瓷还可应用于超声治疗。
进入人体的超声波达到某一强度时,能使人体某一部分组织发热、轻微振动,起到按摩推拿作用,达到治疗的目的,如用于治疗关节、肌肉及其他软组织的创伤和劳损。
此外,还可用超声波粉碎体内结石,如胆结石、肾结石、尿路结石等。