压电陶瓷(piezoelectric ceramics)具有压电效应的陶瓷,称压电陶瓷。它具有一种奇异的压电效应特性,即当受到微小外力作用时,能把机械能变成电能,当加上交变电压时,又会把电能变成机械能。

它通常由几种氧化物或碳酸盐在烧结过程中发生固相反应而形成,其制造工艺与普通的电子陶瓷相似。烧结出来的陶瓷体是多晶体,其自发极化是紊乱取向的,主要成分是铁电体,因此称铁电陶瓷,没有压电性能。

对这样的陶瓷体施加强的直流电场进行极化处理,原来混乱取向的自发极化就沿电场方向择优取向。去除电场后,陶瓷体仍保留着一定的总体剩余极化,遂使陶瓷体有了压电性能。

与压电单晶材料相比,压电陶瓷的特点是制造容易,可做成各种形状;可任意选择极化轴方向;易于改变瓷料的组分而得到具有各种性能的瓷料;成本低,适于大量生产。但由于是多晶材料,所以使用频率受到限制。目前最常用的压电陶瓷有钛酸钡、钛酸铅、锆钛酸铅、三元系压电陶瓷、透明铁电陶瓷以及铌酸盐系陶瓷等。

压电陶瓷由于它的压电效应用途极为广泛。例如压电陶瓷在交变电压的作用下,能够产生或接受声波、次声波和超声波,所以可做成水下雷达、鱼群探测器等。用它制成小巧玲珑、灵敏度极高的压电陀螺仪,可以控制导弹的飞行,只要导弹发生偏移,就会把扭力传递给压电陀螺仪,压电陀螺仪就会输出电流,使导弹按正确轨道飞行。

在海战中,最难对付的是潜艇,它能长期在海下潜航,神不知鬼不觉地偷袭港口、舰艇,使敌方大伤脑筋。如何寻找敌潜艇?靠眼睛不行,用雷达也不行,因为电磁波在海水里会急剧衰减,不能能效地传递信号,探测潜艇靠的是声纳------水下耳朵。压电陶瓷就是制造声纳的材料,它发出超声波,遇到潜艇便反射回来,被接收后经过处理,就可测出敌潜艇的方位、距离等。

由于压电陶瓷能把力能转换成电能而放电,所以可用于高压燃引爆,例如,如果在反坦克炮弹上装上一个小小的压电陶瓷元件,当炮弹射中坦克的瞬间,就靠压电陶瓷受压起火,使炸药爆炸而摧毁坦克,电子打火机也是用同样方法使打火机内的压电陶瓷起火花,引燃可燃气体的。在工业上,压电陶瓷可用来制造调频滤波器,闪光灯触发器,压电变压器,压电步进马达,电焊换能器,地震预报器等。在医疗上,压电陶瓷也可用来制造盲人助视器,人造心脏起搏器,数字显示脉搏计,血压计等,还可用来诊断人体内的某些病变。

那什么才是好的压电陶瓷呢?那要看以什么标准去划分。以是否含铅为标准,那现在所应用的极大部分都含铅,不含铅的压电陶瓷在性能指标上还不能达到广泛的实用化。以性能指标为标准,固然那些性能极差的压电陶瓷是坏陶瓷,但现在市面上或生产压电陶瓷的厂家出厂的压电陶瓷都应该是自认为合格的产品,我认为虽说都合格,但各自的性能标准不同,所以也不能说谁的好,谁的坏,另外压电陶瓷有很多参数指标,这些指标只能达到一个平衡,有时过份追求某一个指标从而牺牲了其他指标,这也不是好事。实践是检验真理的标准,我认为使用者适用即为好,不适用即为坏。

我们公司经常遇到这样的情况:用户的电路是固定的,我们提供的压电陶瓷性能完全达到了材料的理论指标,我们认为很好,但用户却说不行,原因是灵敏度太高了,达到了饱和状态无法使用,要求降低性能,做好的东西要想把性能降低也不容易啊!也有这种情况:做好的压电陶瓷不合格,做个记录放入了不合格品区,有用户急要样品,尺寸刚好与不合格的相同,说明原因,将不合格的压电陶瓷片提供给用户试用,用户居然使用效果非常好。

所以我们总结为:只要压电陶瓷达到了一定的性能,无好坏之分,适用即为好。这就要求我们生产厂家认真做好工艺记录,要确实了解掌握不同工艺对应的产品性能,只有这样我们才能尽量满足不同用户的要求。