压电陶瓷技术发展的历史与应用
压电发电技术的应用和发展趋势
１ 压 电发 电原理
压 电材 料具 有 正 压 电 效应 和逆 压 电效 应 。 谓正 压 电效应 是 指 晶体 由于 机 械 应 所 力 的 作 用 表 面 荷 电 的 效 应 ， 体 的 这 种 性 晶 质 称 为 压 电性 。 压 电 效 应 是 指 给 晶体 施 逆
频 率 变 化 较 大 的 情 况 下 ， 车 轮 胎 等 重 负 的今 天 ， 汽 实现 设 备 的 白供 电越 来 越 重 要 ， 能 荷 物 体 运 动 时 由 于 具 有 相 对 大 的 机 械 能 ， 量 捕 获 是 自供 电 的 关 键 。 来 能 量 捕 获 技 未 仍 能 产 生 足 够 大 的 电能 输 出 。 术 的研 究 将 集 中在 能 量 捕 获 、 储 和 应 用 存 ２ ４压 电发 电衣服 ． 电路 等 方 面 ， 解 决 无 线 传感 器网 络 、 入 以 嵌 加 电场 时 ， 晶体 会 产 生几 何形 变 。 电发 电 压 这 项 技 术 是 将 具 有 压 电 性 质 的 材 质 编 式 传感 器 等 领 域 的 供 电 问 题 ， 方 面 已经 这
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动 力 与 电 气工 程
压 电发 电技 术 的应 用 和 发 展 趋 势
张 彦 芳 （ 无锡 职业技术学 院 江苏无锡 ２ １ １ １ ） ４２
摘 要： 简要介 绍 了压 电发 电的原理 ， 概括 了当前 国内外压 电发 电技术 的应 用领域 ， 出压 电发 电技术应 用于微机 电 系统 携式设备和 指 便 旋 转 机 械 并 和 纳米 技 术 相 结 合 是 其 发 展 趋 势 。 关 键词 ： 电效益 振 动能量捕获 压 电发 电 压 中 图分 类号 ： Ｍ ８ Ｔ ２ ２ 文 献标 识 码 ： Ａ 文 章编 号 ： ２ ３ ９ （ ０ ｏ （） ０ — １ １ ７ － Ｉ２ １ ） １ ｃ １ ２ ０ ６ ７ ｏ 一 ０
压电材料的原理与应用
压电材料的原理与应用1. 压电材料的基本原理压电材料是一类具有压电效应的材料，意味着它们能够在受到外力作用时产生电荷或电势的变化。
压电效应是由于压电材料的晶体结构具有非对称性而引起的。
以下是压电材料的基本原理：•压电效应：压电效应是压电材料最重要的特性之一。
当压电材料受到外力作用时，它们的晶体结构发生变形，从而导致电荷分布的不均匀性。
这不均匀的电荷分布会在材料的表面产生电势差，形成电荷分离，从而产生电压。
•逆压电效应：逆压电效应是压电材料所具有的另一种特性。
在逆压电效应下，当压电材料的电场发生变化时，会导致晶体结构的变形。
逆压电效应实际上是压电效应的逆过程。
•压电系数：压电系数是衡量压电材料压电效应强度的指标。
它指的是压电材料在单位应力下产生的电子束或电势的比率。
压电系数越大，表示材料的压电效应越强。
2. 压电材料的应用领域压电材料由于其特殊的压电效应和逆压电效应，被广泛应用于许多领域。
以下是几个主要的应用领域：•传感器技术：压电材料通过测量电势差的变化，可以用作各种类型的传感器。
例如，压电材料可以用于压力传感器、加速度传感器、温度传感器等。
压电传感器广泛应用于汽车工业、医疗设备、机械工程等领域。
•声波技术：压电材料的压电效应可以将电能转化为声能，因此被广泛应用于声波技术领域。
例如，压电陶瓷可以用于制作声学换能器，将电信号转化为声音。
压电材料还可以用于声波发生器、超声波清洗器等设备。
•振动控制技术：压电材料的逆压电效应可以将电能转化为机械能，因此在振动控制技术中得到广泛应用。
压电材料可以用于制造振动阻尼器、振动传感器和振动发生器等。
•储能技术：压电材料可以用于储能技术中，通过电荷的积累和释放来存储和释放能量。
这使得压电材料成为用于制作电池、超级电容器等储能设备的理想材料。
3. 压电材料的未来发展趋势•多功能性：未来，压电材料将朝着多功能性的发展方向发展。
例如，研究人员正在努力将压电材料与其他功能材料结合，以实现多种功能，如光电一体化、声电一体化等。
压电陶瓷仿真adams
压电陶瓷仿真adams摘要：一、压电陶瓷简介1.压电陶瓷的定义与特性2.压电陶瓷的应用领域二、压电陶瓷仿真技术1.压电陶瓷仿真的必要性2.Adams软件介绍3.Adams软件在压电陶瓷仿真中的应用三、压电陶瓷仿真的优势1.提高产品研发效率2.降低生产成本3.优化产品性能四、压电陶瓷仿真的未来发展趋势1.仿真技术的不断创新与优化2.行业对于压电陶瓷仿真需求的增加3.跨学科研究与应用的拓展正文：压电陶瓷是一种具有压电效应的陶瓷材料，可以将机械应力转化为电荷，从而实现机械能与电能的相互转换。
由于压电陶瓷具有这种独特的物理特性，使其在众多领域中都有着广泛的应用，如航空航天、通信、医疗设备等。
随着科技的发展，压电陶瓷仿真技术逐渐成为研究热点。
作为一种先进的研发手段，压电陶瓷仿真技术可以有效地模拟和预测压电陶瓷的性能，为产品设计提供有力支持。
Adams软件是一款强大的多体动力学仿真软件，适用于各种工程领域，尤其在压电陶瓷仿真方面具有显著优势。
利用Adams软件进行压电陶瓷仿真，可以实现以下目标：首先，通过仿真技术优化产品设计方案，缩短研发周期，提高产品研发效率；其次，通过对产品性能进行仿真分析，可以发现并解决潜在问题，降低生产成本；最后，通过仿真技术对产品性能进行优化，可以实现产品性能的提升，满足更高的应用需求。
在未来，压电陶瓷仿真技术将不断发展与创新，为我国压电陶瓷行业带来更多机遇。
一方面，随着仿真技术的优化与升级，压电陶瓷仿真的精度和效率将得到进一步提升；另一方面，随着行业对于压电陶瓷仿真需求的增加，将有更多的企业和研究机构投入到这一领域的研究中，推动压电陶瓷仿真技术的进步。
中国先进电介质陶瓷材料技术发展及应用
中国先进电介质陶瓷材料技术发展及应用司留启;应红;杨彬【摘要】电介质陶瓷材料是电子工业中制备基础元件的关键材料,其市场需求量大,产业化前景广阔.本文从产业化的角度分析了中国电介质陶瓷材料的发展现状,探讨了影响其技术发展的关键因素,同时介绍了目前市场用量较大、产业化水平较高的钛酸钡粉体材料、电容器介质陶瓷材料、微波介质陶瓷材料、压电陶瓷材料的最新产业化技术动态,很大程度上代表了中国先进电介质陶瓷材料的发展水平.【期刊名称】《内蒙古科技大学学报》【年(卷),期】2016(035)004【总页数】7页(P377-383)【关键词】先进电介质陶瓷材料;钛酸钡;电容器介质陶瓷材料;微波介质陶瓷材料;压电陶瓷材料【作者】司留启;应红;杨彬【作者单位】山东国瓷功能材料股份有限公司,山东东营257091;山东国瓷功能材料股份有限公司,山东东营257091;山东国瓷功能材料股份有限公司,山东东营257091【正文语种】中文【中图分类】TB34电介质陶瓷材料的发展始于20 世纪初，是电子工业中制备基础元件的关键材料，被广泛应用于人们生产生活的各个领域.近十几年来，随着通信、家电、汽车、军事等相关领域电子元器件产品飞速发展，电介质陶瓷材料市场需求量不断增加，日益显示出广阔的市场前景和强大的经济效益.为满足市场需求，国内各企事业单位和科研院所围绕电介质陶瓷材料原料、工艺、设备、配方等开展了广泛而深入的研究，国内电介质陶瓷材料产业化水平不断提高，电介质陶瓷材料行业呈现出蓬勃发展的势头.据统计，电介质陶瓷材料的全球消费量2005到2015的年均增长速率超过10%，预计2016年将达到6.6万t以上.中国约占电介质陶瓷材料的全球市场份额的10%～15%，主要生产企业有：山东国瓷、风华高科、厦门松元、昆山长丰、成都宏明等.多层片式陶瓷电容器(MLCC)需求量的增加对电介质陶瓷材料的增长起到了关键作用.中国前瞻研究院数据显示，2000～2015年，我国国内MLCC产量的年均增速超过20%，预计到2016年国内MLCC市场规模将超过300亿元.中国是世界制造业大国，MLCC使用量约占全球MLCC出货量50%，为电介质材料的发展提供了良好的土壤.MLCC产量的增长，也为其关键原材料钛酸钡和电介质陶瓷材料带来了广阔的市场前景.虽然近年来受市场外部环境的影响，一些传统产品价格有所下降，但一些高端产品如300 nm以下钛酸钡、中高压电介质陶瓷材料等的价格和市场均持续看好.微波介质陶瓷主要用作谐振器、滤波器、介质基片、介质天线等，在便携式移动电话、微波基站、电视卫星接收器和军事雷达等方面正发挥着越来越大的作用.近十几年来，我国微波介质陶瓷一直保持较快增长，据中国产业信息网相关资料显示，到2015年国内微波元器件的销售额达到28亿元，微波介质陶瓷材料的产量已突破2 700 t.移动通信中的4G/5G技术的发展为相关产业带来了新的机遇，微波介质陶瓷迎来新的增长点.压电陶瓷应用非常广泛，已有100 a的发展历史，从打火机到航天飞机，被应用于生产生活的各个领域.目前国内压电陶瓷材料及器件的生产厂商达上百家，竞争较为激烈.目前压电陶瓷一般都含有Pb，随着人们环保意识的提高，无铅压电陶瓷是未来的必然趋势，国内外企业和研究机构进行了大量的研究和开发工作，取得了一定成绩.电介质陶瓷材料市场前景广阔，国内技术和产品质量与国外的差距越来越小，涌现出一批高附加值的产品，在替代进口的同时，逐步走向国际市场.陶瓷介质元器件向微型化、低能耗、高可靠、高稳定方向发展，要求电介质陶瓷材料粉体具有高纯度、高分散、高均匀、粒度分布窄等性能，这些性能的实现依赖于原材料、工艺、设备、配方等技术的共同协调发展.1.1 原材料原材料是电介质陶瓷材料的前提和基础，满足产品特性要求是原材料选择的首要因素，性价比高是产业化追逐的目标.电介质陶瓷材料使用的原材料主要包含：Ba,Sr,Ca,Ti,Zr,Pb和稀土等元素的碳酸盐、氧化物、氢氧化物等.以固相法钛酸钡的合成为例，钛酸钡的颗粒大小和形貌主要由原材料TiO2决定，要合成200 nm 及以下的钛酸钡，至少需要选用比表面积大于20 m2/g且分散性良好的TiO2，图1(a)，(b)规格的TiO2纯度为99.8%，其比表面积均为30 m2/g，能满足要求. 我国Ba，Ti和稀土等矿产资源储量丰富，原材料生产厂家众多，但深加工产品少，某些超细、高纯、高分散原材料还不能充分满足使用需求.另外，粉体材料生产所需相关添加剂产品如分散剂、脱模剂、胶水等，对电介质陶瓷材料的性能也有显著影响，国内相关的系统配套研究相对缺乏，还有很大提升空间.1.2 工艺制备工艺在很大程度上决定了产品的性能和应用.目前电介质陶瓷材料产业化合成工艺主要有固相法、水热法、沉淀法、溶胶凝胶法[1]等，表1对四种产业化合成工艺进行了对比.以钛酸钡为例，传统固相法具有生产流程短、设备简单、原料易得、成本低廉等优点，为国内多数厂家采用，产品大多用于圆片电容器或PTC行业.水热法钛酸钡具有高纯度、高分散、颗粒均匀、形貌规整、性能稳定等特点，适合MLCC等高端领域应用，山东国瓷作为国内电介质陶瓷材料的龙头企业，可批量生产30～800 nm系列水热法钛酸钡产品.1.3 设备设备是实现产品的关键，生产设备很大程度上决定了产品品质，检测设备是产品品质的重要保障.生产设备和检测设备技术的发展促进电介质陶瓷材料的发展.1.3.1 生产设备目前电介质陶瓷材料产业化生产所需的关键设备如球磨机、砂磨机、喷雾干燥机、微波干燥机、气流粉碎机、推板炉、辊道炉等均已实现国产化，基本可以满足电介质陶瓷材料生产的需求.以电介质陶瓷材料行业使用的湿式研磨设备砂磨机为例，国内厂家对其原理和结构已经研究的比较充分，进行了大量的产业化验证.研究显示砂磨机叶片结构、转速、内衬材质以及分散介质的材质、尺寸、形状等对所分散粉体的颗粒细度、形貌、粒度分布、研磨效率等指标都有重要影响.近年来国内分散介质如锆球的生产水平不断提高，以Φ0.3mm锆球为例，产品品质与国外水平相当，如表2所示.1.3.2 检测设备电介质陶瓷材料检测所需的用于分析粒度分布、组成结构、微观形貌的设备与国外水平相比还存在一定差距.但经过多年研究，国内厂家已经取得长足进步，如激光粒度分析仪、比表面积分析仪等具有一定水准，在国内普及率不断提高.其它分析仪器如XRF分析仪、XRD分析仪，ICP，SEM，TEM等依靠进口，价格昂贵，成为制约国内企业技术进步和质量提升的重要因素.1.4 配方电介质陶瓷材料一般需要几种甚至十几种化合物通过混合、固溶、掺杂等物理和化学作用以实现优良介电性能.以钛酸钡基X7R特性要求的介质材料为例：在钛酸钡的基础上加入一些添加剂，虽然添加剂用量很少(质量分数一般小于5%)，但对产品性能影响较大.既要起到压峰移峰的作用获得相应的温度系数和介电常数，又要兼顾损耗、绝缘、烧结温度、气氛、瓷体颜色等，这些都需要大量的实验及理论研究工作.在电介质陶瓷材料配方研究领域，我国开展的相关研究工作很多，每年都有大量的论文、专利发表，其中也不乏高质量的研究成果.但整体来看依然存在研发力量分散、基础研究较少、创新研发不多、产学研结合相对薄弱等问题.随着我国电介质陶瓷原材料、设备、工艺、配方技术的不断发展，以及下游MLCC及微波、压电元器件行业持续发展需求的拉动，我国电介质陶瓷材料领域发展迅速，与国外差距正在缩小，某些产品已经达到国际先进水平.如山东国瓷“多层陶瓷电容器用钛酸钡基介电陶瓷材料的产业化关键技术及应用”、“一种连续制备钛酸钡粉体的工艺”分别获得国家科学技术进步奖二等奖和中国专利金奖，在产业化水热钛酸钡基电介质材料领域代表中国领先水平，并和国际市场上的日本、美国企业展开全面竞争.2.1 钛酸钡粉体材料钛酸钡是电子陶瓷元件的重要基础原料，由于其具有介电常数高和介质损耗低的特点，被广泛应用于制作正温度系数热敏电阻器、MLCC、光电器件和动态随机存储器等，被誉为“电子陶瓷的支柱”.MLCC介质的薄层化对这种介质材料的性能提出了更高的要求，譬如高纯度、单分散、化学均一性、高结晶度、细晶等.国际上十分重视高性能MLCC用超细钛酸钡材料制备技术的提高和发展.图2是2015年全球MLCC领域不同工艺BaTiO3的市场占有率分布图.我国高性能超细钛酸钡材料的制备技术起步晚，目前国内厂家大多采用的是固相法或草酸法，主要用于圆片电容器或PTC行业.山东国瓷是国内唯一一家工业化使用水热法合成生产钛酸钡的厂家，具有一系列立方相、四方相钛酸钡产品，产品粒度涵盖30～800 nm，可根据客户要求定制.水热法钛酸钡是MLCC介质材料大批量使用的主流产品，出货量占全球47%，商业化产品如表3所示.水热法一般是将Ba(OH)2溶液与一定形式的钛源，如TiO(OH)2，TiO2等混合后，转入到高压釜中，在一定的温度和压力下形成钛酸钡颗粒.由于在高温、高压水热条件下，能提供一个在常压条件下无法得到的特殊的物理化学环境，使前驱物在反应系统中得到充分的溶解，并达到一定的过饱和度，因此可形成原子或分子生长基元，进而成核结晶生成粉体.相比其它方法，该工艺制备的钛酸钡电子陶瓷材料具有晶粒发育完整、粒度小且分布均匀、颗粒的团聚较轻、可使用较为便宜的物料、易得到合适的化学计量物以及通过改变工艺过程可控制产品的颗粒性质等优点，尤其是水热法制备的钛酸钡毋需高温煅烧处理，避免了烧结过程中造成的晶粒长大、缺陷形成和杂质引入.图3展示了国内外水热法超细钛酸钡颗粒形貌.纳米BaTiO3粉体的制备近年来一直是纳米科技领域的一个研究热点，各项制备技术也得到了较大发展，但其制备研究仍有许多问题需要探索和研究，如对合成BaTiO3纳米颗粒的过程机理缺乏深入的研究；对控制微粒的形态及其粒度分布性能等技术以及各性能之间的关系的研究还不够；对合成装置缺乏工程研究；性能测试和表征手段还需改进等.2.2 电容器电介质陶瓷材料与电解电容器相比，陶瓷电容器虽然静电电容范围较小，但是由于计算机、电视机、手机、汽车等机电一体化，特别是集成电路的发展，陶瓷电容器凭借尺寸和价格等方面的优势，得到了很大的发展.目前，陶瓷电容器在整个电容器产业中的出货份额已超过80%，并且有不断扩大的趋势.根据结构的不同，陶瓷电容器可分为单层陶瓷电容器(圆片电容器)和MLCC.随着电子设备及元器件向微型、薄层、混合集成及表面贴装技术方向的迅速发展，对MLCC的需求与日俱增，MLCC不断向薄介质、高层数、小尺寸、大容量、高可靠性方向发展.目前，利用薄层化、多层化(600～1200层)、贱金属电极等技术，已开发出介质厚度小于1 μm，层数1 000层以上，容量高达470 μF甚至以上的MLCC.电介质陶瓷材料作为MLCC的关键原材料，其技术发展方向包含：纳米级电介质陶瓷颗粒的表面包覆技术、还原性气氛烧结技术、薄层化高可靠性技术、低温烧结技术等.要获得介质特性和可靠性良好的高容量MLCC，介质瓷料必须具有良好的分散性，添加剂要均匀分布于电介质陶瓷主体材料中.一方面可以采用高纯纳米级原材料或者溶于水的金属有机盐为添加剂，另一方面采用离心喷雾干燥、假烧等包覆技术使添加剂均匀包覆于电介质陶瓷颗粒表面，使材料的微观结构呈现“芯-壳”结构，即颗粒核心保留主晶相，而颗粒的“外壳”为添加物取代后的晶相，如图4.为降低成本，MLCC制造企业已大量采用贱金属镍为内电极替代价格昂贵的银钯电极.金属镍在空气中烧结时容易被氧化，必须在还原性气氛下烧结.而还原气氛下钛酸钡瓷料中存在氧缺位，Ti4+离子部分被还原成Ti3+，瓷体呈现明显的电子电导，介质损耗增大.需要通过对钛酸钡添加施主和受主离子来控制氧空位的迁移以及再氧化过程，改性添加物的选择和用量需要兼顾瓷料的其它介电性能，从而得到可以在还原气氛下烧结可靠性良好的MLCC瓷料[2].相对于1～2 μm甚至以下的MLCC介质层，介质瓷料的最大粒径不能超过0.2μm，其平均粒径0.05～0.15 μm最佳，而高纯度、窄的粒度分布和高分散性，有利于控制介质瓷料烧结过程中的晶粒异常长大，进而实现薄层化.这些性能指标的实现，有赖于原材料、合成工艺、分散技术的相互配合.图5展示了用80 nm钛酸钡制作的介质层厚度0.6 μm的MLCC断面形貌.低温烧结有利于降低MLCC的制造成本.以银钯内电极MLCC为例，随着烧结温度的降低，将有利于降低银钯电极中钯金属的含量，从而大大降低MLCC的制造成本；而目前成本更低的铜内电极的使用，也是以1 000 ℃以下烧结介质瓷料的开发成功为前提的.目前最常见也是应用最多的烧结温度降低的方法是添加助烧剂如低熔点氧化物、玻璃等，但是助烧剂的大量加入，往往会带来瓷体晶粒异常长大及损耗、可靠性的恶化，并有可能导致烧结后的瓷体脆性增加强度降低.降低烧温另一方向是通过粉体颗粒尺寸的纳米化、配方体系的优化和工艺的改进等方式，提高电介质粉体材料的活性，达到降低烧温的目的，与前者相比，该方法得到的电介质陶瓷材料体晶粒更均匀、性能更优，当然技术难度也更大[3].图6展示了两种降低烧温方式得到的烧结晶粒均匀性对比.MLCC电介质陶瓷材料市场，常用的规格型号包括C0G,X5R,X7R,X8R,Y5V等(分类标准参考EIA-198-E)，表4展示了国内市场主流电介质陶瓷材料规格.2.3 微波介质陶瓷材料微波介质陶瓷是指应用于微波频段(300～300 GHz)电路中作为介质材料并完成一种或多种功能的陶瓷.是近年来国内外对微波介质材料研究领域的一个热点方向，这主要是适应微波移动通讯的发展需求，制作谐振器、滤波器、介质天线、介质导波回路等微波元器件，可用于移动通讯、卫星通讯和军用雷达等方面.自上世纪80年代以来，一系列高性能微波介质陶瓷材料的出现，促进了小型化的微波介质谐振器、滤波器和振荡器的开发，加速了移动机的高性能和小型化进程.目前微波介质陶瓷材料与器件的研发生产水平欧美发达国家最高，日本在该领域的研究也已后来居上.微波介质陶瓷材料发展迅速，相应材料种类繁多，对应频段的典型材料如表5所示.微波介质陶瓷材料的发展呈现出高介电常数、高稳定性、高品质因数、高频率方向扩展的特点.随着移动通信领域由4G向5G网络的发展，对微波介质材料的谐振频率温度系数及品质因数提出了更高的要求，相应产品成为市场热点，表6展示了两款高Q值微波介质陶瓷产品.2.4 压电陶瓷材料压电陶瓷是一种能够实现机械能和电能相互转换的功能陶瓷材料，具有机电耦合系数高、压电性能可调节性好、化学性质稳定、易于制备和成型、价格低廉等优点，被广泛应用于卫星广播、电子设备、生物以及航空航天等高新技术领域.目前所使用的压电陶瓷体系绝大部分是铅基压电陶瓷，锆钛酸铅材料(PZT)是当前性能较好、研究和应用最广泛的材料.在锆钛酸铅材料二元系配方Pb(Zr,Ti)O3的基础上加入第三元、第四元、第五元改性的压电陶瓷也被广泛应用于拾音器、微音器、滤波器、变压器、超声、受话器等领域[4].这些陶瓷材料中PbO(或Pb3O4)的含量约占原料总质量的70%，由于含铅化合物有毒、在高温时易挥发，在生产、使用及废弃过程中都会对人类健康和生态环境造成很大的危害.近几十年来，国内外企业和研究机构围绕BaTiO3基、钛酸铋钠 (BNT)基、铋层状结构及铌酸盐基等几大类无铅压电陶瓷进行了大量的研究和开发工作，取得了一定成绩[5]，表7展示了国内水热法BNT产品的基本压电特性.在日本，一些性能较好的无铅压电陶瓷已经面向市场销售，价格很高，但需求量很少.总体上讲，无铅压电陶瓷与铅基压电陶瓷相比，产业化性能上还存在较大差距.电介质陶瓷材料的发展，是为了满足电子元器件性能不断发展的需要.新型电介质陶瓷材料的发展方向主要体现在技术集成化、产品多样化、功能复合化、结构微型化、环境友好等几个方面[6].近十年来，借助于原材料、工艺、设备、配方技术的协同发展，我国电介质陶瓷材料无论在产量和技术方面均发展迅速，与世界先进水平的差距在逐步缩小.随着企业对新材料领域研发创新工作重视程度的不断加强，在国家加强基础理论研究和产学研联合等政策的引导下，相信我国电介质陶瓷材料未来仍然可以保持蓬勃发展的势头，在不久的将来达到并赶超世界先进水平.【相关文献】[1] 曲远方.现代陶瓷材料及技术[M].上海：华东理工大学出版社，2008.[2] 梁力平，赖永雄,李基森.片式叠层陶瓷电容器的制造与材料[M].广州：暨南大学出版社，2008.[3] 强亮生,李文旭，宋英，等.陶瓷添加剂[M].北京：化学工业出版社，2011.[4] 裴先茹,高海荣.压电材料的研究和应用现状[J].安徽化工，2010,36(3):4-6.[5] 赵亚，李全禄，王胜利，等.无铅压电陶瓷的研究与应用进展[J].硅酸盐通报，2010,29(3):616-621.[6] 甘国友，严继康，张小文，等.电子陶瓷材料的现状与展望[J].昆明理工大学学报，2004,29(4):28-33.。
压电陶瓷翻边电极的工艺方法_概述及解释说明
压电陶瓷翻边电极的工艺方法概述及解释说明1. 引言1.1 概述压电陶瓷是一种具有压电效应的材料，当施加外力或电场时能产生电荷分布的变化，从而导致形变或振动。
压电陶瓷广泛应用于传感器、换能器、滤波器等领域。
翻边电极是在压电陶瓷表面涂覆的导电层，用于实现对陶瓷材料的激励和信号收集。
1.2 文章结构本文将首先介绍压电陶瓷以及翻边电极的作用和意义。
然后，详细探讨两种常见的工艺方法：胶浆法和激光刻蚀法，并对它们进行分类和特点分析。
在每个工艺方法中，我们将介绍配方、制备过程、步骤、注意事项以及优缺点等内容。
最后，我们将对这两种工艺方法进行比较并展望未来的发展趋势。
1.3 目的本文旨在全面了解并介绍压电陶瓷翻边电极的工艺方法，为相关领域的科学家、工程师和学者提供参考。
通过对胶浆法和激光刻蚀法的详细讲解，读者可以了解它们的原理、步骤、特点以及应用前景。
同时，本文还将探讨工艺方法的选择与比较，并展望压电陶瓷翻边电极工艺方法的发展趋势。
这些内容有助于促进该领域相关技术的进一步发展和创新。
2. 压电陶瓷翻边电极的工艺方法2.1 压电陶瓷介绍压电陶瓷是一种能够在外部施加压力或电场时发生形变或产生电荷的材料。
它具有优异的压电效应和介电性能，在许多领域中得到广泛应用，如传感器、致动器、滤波器等。
2.2 翻边电极的作用与意义在制备压电陶瓷元件过程中，为了获得更好的性能和可靠性，通常需要添加翻边电极。
翻边电极是连接外部引线和压电陶瓷之间的桥梁，起到导电和分布均匀场强的作用。
正确选择和设计合适的翻边电极对于提升压电陶瓷元件的性能至关重要。
2.3 工艺方法的分类及特点目前，常用的两种压电陶瓷翻边电极工艺方法主要包括胶浆法和激光刻蚀法。
胶浆法是一种传统工艺方法，在制备过程中需要将导电胶浆涂覆在压电陶瓷表面，然后通过特定的加热和干燥过程形成电极。
该方法工艺相对简单、成本较低，但存在胶浆粘附不牢固、容易产生气孔或裂纹等问题。
激光刻蚀法采用激光束直接照射压电陶瓷表面，从而使局部区域去除材料形成电极。
压电材料的制备与应用研究
压电材料的制备与应用研究近年来，压电材料的制备与应用研究成为了材料科学领域的热点之一。
压电材料是一类具有压电效应的特殊材料，它们可以在受到机械应力或电场作用下发生电荷分布改变，从而产生电压或机械位移效应。
压电材料的制备和应用涉及到多个学科领域，如材料科学、化学、物理学等。
本文将就压电材料的制备和应用进行探讨。
一、压电材料的制备方法压电材料的制备方法多种多样，常见的包括固态反应法、溶胶-凝胶法、化学沉积法等。
固态反应法是最常用的工艺，它通过加热所需的原料，使其反应生成所需的压电材料。
溶胶-凝胶法是一种通过溶液的凝胶化来制备压电材料的方法，它具有制备工艺简单且可以控制材料的化学成分和微观结构的优势。
化学沉积法是将金属离子沉积在基底上，形成具有压电性能的薄膜材料，它具有制备薄膜材料的优势。
二、压电材料的应用领域压电材料具有广泛的应用领域。
其中，压电传感器是压电材料的重要应用之一。
压电传感器可以将物理量转化为电信号，实现对物理量的测量和监测。
例如，在自动控制系统中，通过使用压电传感器可以实时监测压力、温度等物理量的变化，从而对系统进行及时反馈和调节。
压电陶瓷是制作压电传感器的常用材料之一，它具有高压电系数、稳定性好等特点。
此外，压电材料还广泛应用于声波和超声波技术领域。
压电材料在超声波领域的应用主要包括超声波检测、超声波清洗、医疗诊断等。
例如，超声波检测技术可以通过将压电材料置于被测物体表面，利用压电效应实现对被测物体内部缺陷的检测。
此外，压电材料还可以用于超声波清洗领域，通过发射超声波震荡浴液，实现对物体表面的清洗。
除此之外，压电材料还有许多其他应用，如储能装置、声控开关、压电电容器等。
压电材料的高能量转换效率和快速响应速度使其在储能装置中具有优势，可以将机械能转化为电能进行储存。
声控开关是一种通过声音信号控制电路开关的装置，其中压电材料的压电效应被广泛应用于声音的接收和处理。
压电电容器是一种可以实现电容值的调节的电器元件，其应用范围广泛，如通信领域和传感器技术等。
利用压电陶瓷的智能混凝土结构健康监测技术
利用压电陶瓷的智能混凝土结构健康监测技术一、本文概述随着科技的不断进步，智能材料在土木工程领域的应用日益广泛。
其中，压电陶瓷作为一种特殊的智能材料，因其具有优良的压电效应和机电耦合性能，被广泛应用于结构健康监测领域。
本文将详细介绍利用压电陶瓷的智能混凝土结构健康监测技术，包括其基本原理、系统构成、监测方法、应用案例以及未来发展趋势，旨在为读者提供一个全面而深入的了解，推动该技术在土木工程领域的应用与发展。
我们将阐述压电陶瓷的基本原理及其在结构健康监测中的应用。
压电陶瓷是一种具有压电效应的智能材料，能够将机械能转化为电能，或者将电能转化为机械能。
这一特性使得压电陶瓷在结构健康监测中具有独特的优势，能够实时监测结构的振动、应力、损伤等信息，为结构的安全性评估和维护提供有力支持。
我们将介绍基于压电陶瓷的智能混凝土结构健康监测系统的构成和工作原理。
该系统主要由压电陶瓷传感器、数据采集与处理模块、数据分析与诊断模块等部分组成。
我们将详细介绍各模块的功能和特性，以及它们之间的协同工作原理，为读者提供一个清晰的系统框架。
接着，我们将探讨基于压电陶瓷的智能混凝土结构健康监测方法的具体实现。
这包括传感器的布置与优化、数据采集与处理、数据分析与损伤识别等方面。
我们将结合实际应用案例，深入剖析各种方法的优缺点，为读者提供实用的技术参考。
我们还将关注基于压电陶瓷的智能混凝土结构健康监测技术的应用案例和发展趋势。
通过介绍国内外在该领域的研究现状和成果，分析当前技术的局限性和挑战，展望未来的发展方向和潜在应用前景，为读者提供一个全面的技术概览。
本文旨在对利用压电陶瓷的智能混凝土结构健康监测技术进行全面而深入的探讨，以期推动该技术在土木工程领域的应用与发展。
通过本文的阅读，读者将对该技术有一个清晰的认识和了解，为其在实际工程中的应用提供有益的参考和指导。
二、压电陶瓷的基本原理和特性压电陶瓷，又称为压电多晶体，是一种特殊的陶瓷材料，具有独特的压电效应。
压电材料——精选推荐
压电（Piezoelectricity）1“压电学”的简单回顾“压电学”的发展已经有了一百多年的历史。
1880年，居里兄弟首先发现电气石的压电效应，从此开始了“压电学”的历史。
1881年，居里兄弟实验验证了逆压电效应，给出石英相同的正逆压电常数。
1894年，V oigt指出，仅无对称中心的二十种点群的晶体才有可能具有压电效应，石英是压电晶体的一种代表，它被取得应用。
第一次世界大战，居里的继承人郎之万，最先利用石英的压电效应，制成了水下超声探测器，用于探测潜水艇，从而揭开了压电应用史篇章。
2 压电效应的机理压电效应的机理是：具有压电性的晶体对称性较低，当受到外力作用发生形变时，晶胞中正负离子的相对位移使正负电荷中心不再重合，导致晶体发生宏观极化，而晶体表面电荷面密度等于极化强度在表面法向上的投影，所以压电材料受压力作用形变时两端面会出现异号电荷。
反之，压电材料在电场中发生极化时，会因电荷中心的位移导致材料变形。
压电效应（Piezoelectricity），是材料中一种机械能与电能互换的现象，受到压力作用时会在两端出现电压的晶体材料叫压电材料。
压电材料会有压电效应是因晶格内原子间特殊排列方式，使得材料有应力场与电场耦合的效应。
压电效应有正压电效应及逆压电效应两种。
简单的说，通过外加压力而产生电荷，这是直接压电效应，反之，当外加一电压时，压电材料就会产生应力或机械运动，这就是反压电效应。
这两种现象就像发动机和电动机实现电能和机械能之间的相互转换一样。
3晶体（Crystal）内部质点具有周期性排列的格子结构的固体定义为晶体。
晶体有单晶体和多晶体之分，单晶体中整个一块固体的原子或离子都是周期性规矩排列的，多晶体是由无数个微小的单晶体呈无规则的排列而成。
同一物质的单晶体和多晶体，其物理性质是不完全相同的。
晶胞有七种类型，又把晶体分为七个晶系：立方；六方；四方；三方；正交；单斜；三斜。
晶体的主要性质：（1）均匀性：指晶体的物理性质不随晶体部位的改变而改变，这是由于晶体内部结构的周期性。
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压电陶瓷是能够将机械能和电能互相转换的功能陶瓷材料。
压电效应是指某些介质在受到机械压力时，哪怕这种压力微小得像声波振动那样小,都会产生压缩或伸长等形状变化,引起介质表面带电，这是正压电效应。
反之,施加激励电场，介质将产生机械变形,称逆压电效应.
1880年法国人居里兄弟发现了"压电效应”.
1942年，第一个压电陶瓷材料--钛酸钡先后在美国、前苏联和日本制成。
1947年,钛酸钡拾音器—-第一个压电陶瓷器件诞生了。
50年代初，又一种性能大大优于钛酸钡的压电陶瓷材料-—锆钛酸铅研制成功.
从此，压电陶瓷的发展进入了新的阶段。
60年代到70年代,压电陶瓷不断改进，逐趋完美。
如用多种元素改进的锆钛酸铅二元系压电陶瓷，以锆钛酸铅为基础的三元系、四元系压电陶瓷也都应运而生。
这些材料性能优异，制造简单,成本低廉,应用广泛。
80年代后期至今，人们研制出驰豫铁电体陶瓷材料，在此基础上有成功研制出驰豫铁电体单晶材料,为三维超声波成像奠定了基础。
目前，人们将纳米技术应用到压电材料的制作工艺上已取得新的突破。
从表中可看到，锆钛酸铅材料是当前性能较好应用最广的材料,通过改性，性能还可进一步改善，能够用于制作各种压电器件。
上世纪70年代初期，人们在锆钛酸铅材料二元系配方Pb(ZrTi)O3大基础上又研究了加入第三元改性的压电陶瓷三元系配方，如铌镁酸铅系为Pb （Mg1/3Nb2/3）(ZrTi）O3，可广泛用于拾音器、微音器、滤波器、变压器、超声延迟线及引燃引爆方面.如铌锌酸铅系Ｐb(Zn1/3Nb2/3）(ZrTi)O3,主要用来制造性能优良的陶瓷滤波器及机械滤波器的换能器。
近年来，人们又在三元系压电陶瓷配方基础上又研究了四元系压电陶瓷材料，如Pb(Ni1/3Nb2/3)(Zn1/3Nb2/3)（ZrTi）O3，Pb（Mn1/2Ni1/2）(Mn1/2Zr1/2)(ZrTi)O3等，可用来制造滤波器和受话器等。
目前，世界各国正在大力研制开发无铅压电陶瓷，以保护环境和追求健康，预计2008后形成产业化生产。
利用压电陶瓷将外力转换成电能的特性，可以制造出压电点火器、移动X光电源、炮
弹引爆装置。
用两个直径3毫米、高5毫米的压电陶瓷柱取代普通的火石,可以制成一种可连续打火几万次的气体电子打火机。
用压电陶瓷把电能转换成超声振动,可以用来探寻水下鱼群的位置和形状,对金属进行无损探伤,以及超声清洗、超声医疗,还可以做成各种超声切割器、焊接装置及烙铁，对塑料甚至金属进行加工。
压电陶瓷对外力的敏感使它甚至可以感应到十几米外飞虫拍打翅膀对空气的扰动，并将极其微弱的机械振动转换成电信号。
利用压电陶瓷的这一特性，可应用于声纳系统、气象探测、遥测环境保护、家用电器等方面。
在潜入深海的潜艇上，都装有人称水下侦察兵的声纳系统。
它是水下导航、通讯、侦察敌舰、清扫敌布水雷的不可缺少的设备，也是开发海洋资源的有力工具，它可以探测鱼群、勘查海底地形地貌等.在这种声纳系统中，有一双明亮的"眼睛”—-压电陶瓷水声换能器。
当水声换能器发射出的声信号碰到一个目标后就会产生反射信号，这个反射信号被另一个接收型水声换能器所接收，于是,就发现了目标。
目前，压电陶瓷是制作水声换能器的最佳材料之一。
在医学上，医生将压电陶瓷探头放在人体的检查部位，通电后发出超声波，传到人体碰到人体的组织后产生回波，然后把这回波接收下来，显示在荧光屏上,医生便能了解人体内部状况。
在工业上,地质探测仪里有压电陶瓷元件,用它可以判断地层的地质状况，查明地下矿藏。
还有电视机里的变压器-—电压陶瓷变压器，它体积变小、重量减轻,效率可达60%～80％，能耐住3万伏的高压，使电压保持稳定，完全消除了电视图象模糊变形的缺陷.
在航天领域，压电陶瓷制作的压电陀螺，是在太空中飞行的航天器、人造卫星的”舵”。
依靠"舵"，航天器和人造卫星，才能保证其既定的方位和航线.小巧玲珑的压电陀螺灵敏度高，可靠性好。
在玩具小狗的肚子中安装压电陶瓷制作的蜂鸣器，玩具都会发出逼真有趣的声音。
压电陶瓷在汽车上应用越来越广泛.在汽车的制动器活塞里安装一种简单的压电陶瓷致动器,向内部制动杉块的支撑板施加“抖动”频率，有效抑制产生尖利噪音的振动,从而能在温度湿度变化和刹车系统正常磨损的情况下发挥作用。
压电陶瓷也可用作汽车的压电陶瓷爆震传感器、超声波传感器、加速度传感器等类别。
压电陶瓷在汽车燃油系统的喷油器上应用目前处于最前沿的开发阶段.
随着高新技术的发展，压电陶瓷的应用必将越来越广阔。
除了用于高科技领域，它更多的是在日常生活中为人们眼务,为人们创造更美好的生活。