文档介绍：NurfürdenpersönlichenfürStudien,Forschung,:本文包括压电陶瓷压电陶瓷的产生发展,机理,生产及其应用,从各方面阐述了压电陶瓷材料的种种物理性能,以及压电陶瓷为我们生活带来的便利,对科技发展带来的种种贡献。前言:压电陶瓷是一种能够将机械能和电能互相转换的信息功能陶瓷材料-压电效应,压电陶瓷除具有压电性外,还具有介电性、弹性等,已被广泛应用于医学成像、声传感器、声换能器、超声马达等。随着现代电子信息技术的飞速发展,对于性能优异的压电陶瓷材料的开发和探索已成为各国研究的热点问题。本文专注介绍了压电陶瓷的产生发展,机理,生产及其应用,从各方面阐述了压电陶瓷材料。压电陶瓷发展史: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,Voigt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。第二次世界大战中发现了BaTiO3陶瓷,压电材料及其应用取得划时代的进展。1946年美国麻省理工学院绝缘研究室发现,在钛酸钡铁电陶瓷上施加直流高压电场,使其自发极化沿电场方向择优取向,除去电场后仍能保持一定的剩余极化,使它具有压电效应,从此诞生了压电陶瓷。压电陶瓷概念:压电材料分为压电晶体和压电陶瓷。压电晶体一般指压电单晶体,是指按晶体空间点阵长程有序生长而成的晶体。这种晶体结构无对称中心,因此具有压电性。如水晶(石英晶体)、镓酸锂、锗酸锂、锗酸钛以及铁晶体管铌酸锂、钽酸锂等。压电陶瓷则泛指压电多晶体。压电陶瓷是指用必要成份的原料进行混合、成型、高温烧结,由粉粒之间的固相反应和烧结过程而获得的微细晶粒无规则集合而成的多晶体。具有压电性的陶瓷称压电陶瓷,实际上也是铁电陶瓷。压电陶瓷是一种能够将机械能和电能互相转换的信息功能陶瓷材料-压电效应,压电陶瓷除具有压电性外,还具有介电性、弹性等,已被广泛应用于医学成像、声传感器、声换能器、超声马达等。压电陶瓷利用其材料在机械应力作用下,引起内部正负电荷中心相对位移而发生极化,导致材料两端表面出现符号相反的束缚电荷即压电效应而制作,具有敏感的特性。笼统而言,压电陶瓷即通过外界刺激可以产生电压的陶瓷材料。压电陶瓷和电致伸缩陶瓷都是电介质,电介质在电场的作用下有两种效应,即逆压电效应和电致伸缩效应。其中逆压电效应是指电介质在外电场的作用下产生应变,应变大小与电场大小成正比,应变的方向与电场方向有关。压电陶瓷的基本原理:电畴:通常,铁电体自发极化的方向不相同,但在一个小区域内,各晶胞的自发极化方向相同,这个小区域就称为铁电畴。两畴之间的界壁称为畴壁,根据两个电畴的自发极化方向,可分为90°畴壁、180°畴壁等。畴壁通常位于晶体缺陷附近,因为缺陷区存在内应力,畴壁不易移动。相邻电畴的取向一般都是“首尾相接”的(图2),在应力场作用下也会出现“头对头,尾对尾”的特殊形态以利于降低自由能。观察电畴可以采用化学腐蚀法、偏光显微镜法和X射线形貌法等。180度电畴与90度电畴示意图铁电性概念:某些晶体显示的自发极化性质。铁电体中存在固有的自发极化电矩;在铁电晶体中通常还伴随着出现电畴结构,同一个电畴中的自发极化电矩同向;当晶体足够大时,不同电畴的电矩可以因取向不同而互相抵消,使得宏观的极化不显露出来。自发极化电矩可以在外电场作用下改变方向;在交变外电场E的作用下,铁电体的宏观极化强度p与E的关系出现回线。铁电体的这些性质与铁磁性十分相似,故称铁电性。铁电体中由于出现畴结构,一般地宏观极化强度p=0。当外电场E很小时p与E有线性关系。当E足够大以后,出现p滞后于E而变化的关系曲线称为电滞回线。。经过固定振幅的强交变电场多次反复极化之后,电滞回线有大致稳定的形状,参见下图。如上图所示:Ps为无电场时单畴的自发极化强度;Pr为剩余极化强度;Ec为矫顽电场。当外界电场开始作用于未极化的样品时,在样品上会产生剩余极化强度Pr,欲使剩余极化强度减小到零,就必须在相反的方向上施加矫顽电场Ec,而增加反方向上的电场又会增加反方向上的极化,于是形成了整个电滞回线。以后每次极化时,它沿着这条曲线变化。不同的压电材料有不同的电滞回路。极化工艺是一个很复杂的过程,极化时不仅要有较高的电场,不同的厚度需要不同的时间,还要在较高的温度下才能达到最佳极化效果。极化后的压电陶瓷材料在一定的高温下会失去极化效应,不同压电材料有不同的失效温度,这一点在选用压电陶瓷材料时需