压电陶瓷的基本原理

压电陶瓷的基本原理-铁电陶瓷微观分析显微镜

  压电陶瓷的基本原理
  压电陶瓷，也被称为铁电陶瓷，是已被广泛使用的压电材料。在未被
加工时，这种材料不具备压电性质。它们需要在高电场中进行极化处理。
一旦极化，它们便表现出可以用适当的坐标系进行表述的力电耦合行为。
压电陶瓷通常表现出比天然材料更大的压电效应。压电元件很容易被大量
地生产和制造成各种特定的形状，这使得它们非常适用于制动器或传感器
等自适应结构。

  压电陶瓷通常被区分为“软”和“硬”压电陶瓷。“软”压电材料的
压电系数大，并且材料显示出较高的滞后性；“硬”压电材料压电系数较
小，材料显示出较低的滞后性。大部分软压电陶瓷被用于制造制动器，因
为它们会产生较大的应变；硬压电陶瓷会被应用到滞后性要求较低的元件
中。

  基于PZT的压电陶瓷是锆钛酸铅和钛酸铅的同溶体，并且经常会掺杂其他
元素来获得特定的性能。该材料是通过混合铅、锆和钛的氧化物，然后将
混合物加热到800℃～1000℃制成的。它被制作成混有黏合剂的钙钛矿结构
PZT粉末，然后制成需要的形状并冷却。温度降到居里温度（材料固有特性
）以下时，材料经历了一个由立方单元到四方单元的相变过程。因此在带
正电荷的钛粒子和带负电荷的氧离子之间将发生电荷分离。其导致的结果
就是该单元体会永久性地存在一个沿c轴的偶极矩。多晶陶瓷材料含有随机
取向的偶极矩，这种材料在可控温度下通过高电场进行极化。因此，这种
永久极化将使材料显示出压电性。制造过程的下一个步骤是用电镀或溅射
在表面上施加电极。

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