鐵電陶瓷
功能多、用途廣。利用其壓電特性可以制成壓電器件,這是鐵電陶瓷的主要應用,因而常把鐵電陶瓷稱為壓電陶瓷。利用鐵電陶瓷的熱釋電特性(在溫度變化時,因極化強度的變化而在鐵電體表面釋放電荷的效應)可以制成紅外探測器件,在測溫、控溫、遙測、遙感以至生物、醫學等領域均有重要應用價值。典型的熱釋電陶瓷有鈦酸鉛(PbTiO3)等。構成這類陶瓷的主要成分大多是堿土金屬或稀土金屬的鈦酸鹽和以鈦酸鹽為基的固溶體電容器瓷用作電容器介質的電子陶瓷。利用透明鐵電陶瓷PLZT(摻鑭的鈦鋯酸鉛)的強電光效應(通過外加電場對透明鐵電陶瓷電疇狀態的控制而改變其光學性質,從而表現出電控雙折射和電控光散射的效應),可以制成激光調制器、光電顯示器、光信息存儲器、光開關、光電傳感器、圖像存儲和顯示器,以及激光或輻射防護鏡等新型器件。
壓電陶瓷主要有三大類:
鈦酸鋇類(BaTiO3),原材料有二氧化鈦、碳酸鋇、碳酸鍶等;
鋯鈦酸鉛類(PbZrTiO3),原材料有二氧化鈦、氧化鋯、氧化鉛、、碳酸鍶、氧化鈮、氧化鑭等;
鈮鎂酸鉛類(PbNbMgO3),原材料有氧化鈮、氧化鎂、氧化鉛、、碳酸鍶、氧化鑭等。
壓電陶瓷材料的基本原理 壓電效應的原理是,如果對壓電材料施加壓力,它便會產生電位差(稱之為正壓電效應),反之施加電壓,則產生機械應力(稱為逆壓電效應)。如果壓力是一種高頻震動,則產生的就是高頻電流。而高頻電信號加在壓電陶瓷上時,則產生高頻聲信號(機械震動),這就是我們平常所說的超聲波信號。然后左手拇指與食指稍用力壓緊一下,隨即放松,壓電陶瓷片上就先后產生兩個極性相反的電壓倍號,使指針先是向右捏一下,接著返回零位,又向左擺一下。也就是說,壓電陶瓷具有機械能與電能之間的轉換和逆轉換的功能,這種相互對應的關系確實非常有意思。
壓電材料可以因機械變形產生電場,也可以因電場作用產生機械變形,這種固有的機-電耦合效應使得壓電材料在工程中得到了廣泛的應用。例如,壓電材料已被用來制作智能結構,此類結構除具有自承載能力外,還具有自診斷性、自適應性和自修復性等功能,在未來的飛行器設計中占有重要的地位。細晶粒壓電陶瓷以往的壓電陶瓷是由幾微米至幾十微米的多疇晶粒組成的多晶材料,尺寸已不能滿足需要了。
引起介質損耗的原因是多方面的,在壓電陶瓷中,主要原因有:
1、外加電壓變化時,陶瓷內的極化狀態也要隨之發生變化。當陶瓷內極化狀態的變化跟隨不上外加電壓的變化時,就會出現滯后現象,引起介質損耗。
2、由于陶瓷內存在漏電流而引起介質損耗。
3、由于工藝不完善,使陶瓷結構不均勻而
引起介質損耗的原因是多方面的,在壓電陶瓷中,主要原因有:
1、外加電壓變化時,陶瓷內的極化狀態也要隨之發生變化。當陶瓷內極化狀態的變化跟隨不上外加電壓的變化時,就會出現滯后現象,引起介質損耗。
2、由于陶瓷內存在漏電流而引起介質損耗。
3、由于工藝不完善,使陶瓷結構不均勻而
引起介質損耗。生成壓電陶瓷的過程是化學反應進行的過程,這種化學反應不是在熔融狀態下進行的,而是在比熔點低的溫度下,通過各原子或離子之間的擴散來完成的,這種反應稱為固相反應。