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压电陶瓷的技术原理

来源: 作者:ndt 人气: 发布时间:2024-11-23
摘要:压电陶瓷具有响应快、能量密度高等特点,已在精密机械、扬声器、减震降噪等领域得到了广泛的应用,尤其是在智能结构中,其作用不可替代。但传统的压力陶瓷却存在着明显的不足,由于驱动应变太小,很难满足实际工程应用的需要。为获得更大的驱动应变,人们研
压电陶瓷具有响应快、能量密度高等特点,已在精密机械、扬声器、减震降噪等领域得到了广泛的应用,尤其是在智能结构中,其作用不可替代。但传统的压力陶瓷却存在着明显的不足,由于驱动应变太小,很难满足实际工程应用的需要。为获得更大的驱动应变,人们研究出了多种压电驱动元件,如双弯型压电驱动器、"mooine"型黄铜-PZT组合驱动器、类独石结构驱动元件等。但这些都属于机械放大机制的应用,在获得较大应变的同时,也降低了驱动力,并未从本质上解决问题。 
压电陶瓷的应用十分广泛,最典型的应用是蜂鸣器和安全报警器,把陶瓷素坯轧成象纸一样的薄片烧成后,在它的两面做上电极 ,然后极化,这样陶瓷就具有压电性了,然后再把它与金属片粘合在一起,就做成一个蜂鸣器。当电极通电时,压电陶瓷因逆压电效应产生振动,发出人耳可以听到的声音。通过电子线路的控制,就可产生不同频率的振动,从而发出不同的声音,蜂鸣器最早用在电子玩具上,现在还被用于消防车、救护车、保险柜等处作为报警器。利用压电陶瓷能把机械能转变成电能的特性,还可以做成"陶瓷耳"。一般地震前由于地壳内部的异常运动会发出地声,陶瓷耳可把听到的声音变成电信号输入计算机,这样就可以通过监听地声来预报地震。 
声马达是压电陶瓷应用中一个引人注目的新领域 。无损检测资源网它是利用压电陶瓷的逆压电效应,直接把电能转换成机械能输出而无需电磁线圈的新型电机,与普通电磁马达相比,它具有结构简单、启动快、体积小、功耗低等特点。另外,由于它是从电能直接转换为机械能而不通过磁电转换,因此,不产生磁干扰也不怕磁干扰。它还可以低速运行而不用减速机构。这种微型电机在航空、航天、精密机械、仪器仪表、自动控制、机器人、扫描电镜微动台、照相机自动聚焦、磁头移动、机动车辆刮水器和电动开关车窗等许多技术领域有广阔的应用前景。 
以往的压电陶瓷是由几微米至几十微米的多畴晶粒组成的多晶材料,尺寸已不能满足需要了。减小粒径至亚微米级,可以改进材料的加工性,可将基片做地更薄,可提高阵列频率,降低换能器阵列的损耗,提高器件的机械强度,减小多层器件每层的厚度,从而降低驱动电压,这对提高叠层变压器、制动器都是有益的。减小粒径有上述如此多的好处,但同时也带来了降低压电效应的影响。为了克服这种影响,人们更改了传统的掺杂工艺,使细晶粒压电陶瓷压电效应增加到与粗晶粒压电陶瓷相当的水平。现在制作细晶粒材料的成本已可与普通陶瓷竞争了。近年来,人们用细晶粒压电陶瓷进行了切割研磨研究,并制作出了一些高频换能器、微制动器及薄型蜂鸣器(瓷片20-30um厚),证明了细晶粒压电陶瓷的优越性。随着纳米技术的发展,细晶粒压电陶瓷材料研究和应用开发仍是近期的热点。 另外,压电体是发射和接收超声波的理想材料。当交变电讯号作用于压电体,因逆压电效应而发生形变,在适当频率下机电耦合谐振而发射超声波 ,从而构成发射探头,而当超声波作用于压电体时,由于波动机械力作用,会因正压电效应而在压电体相应表面产生电信号输出,构成接收探头。用这种探头可以制作超声波探伤仪探测物体内部的缺陷,还可做成超声显微镜、超声测厚仪等。
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