压电陶瓷发展前景及应用.doc

压电陶瓷的概念及发展应用 摘要：压电陶瓷作为重要的功能材料在电子材料领域占据相当大的比重。近几年来，压电陶瓷在全球每年销售量按15%左右的速度增长，据资料统计，2000年全球压电陶瓷产品销售额约达30亿美元以上。 本文主要介绍压电陶瓷的概念和应用范畴、应用实例、前景，带领大家了解陶瓷家族中的一员----压电陶瓷。 关键词：陶瓷 压电陶瓷 压电效应 应用范畴 应用实例 一、基本概念 压电陶瓷是指把氧化物混合(氧化锫、氧化铅、氧化钛等)高温烧结、和电能互相转换的功能陶瓷材料，一种能够将机械能和电能互相转换的功能陶瓷材料，属于无机非金属材料。 压电效应是指某些介质在力的作用下，产生形变，引起介质表面带电，这是正压电效应。反之，施加激励电场，介质将产生机械变形，称逆压电效应。这种奇妙的效应已经被科学家应用在与人们生活密切相关的许多领域，以实现能量转换、传感、驱动、频率控制等功能。 二、压电陶瓷的应用范畴 利用压电陶瓷将外力转换成电能的特性，可以制造出压电点火器、移动X光电源、炮弹引爆装置。用两个直径3毫米、高5毫米的压电陶瓷柱取代普通的火石，可以制成一种可连续打火几万次的气体电子打火机。用压电陶瓷把电能转换成超声振动，可以用来探寻水下鱼群的位置和形状，对金属进行无损探伤，以及超声清洗、超声医疗，还可以做成各种超声切割器、焊接装置及烙铁，对塑料甚至金属进行加工。　 压电陶瓷对外力的敏感使它甚至可以感应到十几米外飞虫拍打翅膀对空气的扰动，并将极其微弱的机械振动转换成电信号。利用压电陶瓷的这一特性，可应用于声纳系统、气象探测、遥测环境保护、家用电器等方面。1、在军事上，在潜入深海的潜艇上，都装有人称水下侦察兵的声纳系统。它是水下导航、通讯、侦察敌舰、清扫敌布水雷的不可缺少的设备，也是开发海洋资源的有力工具，它可以探测鱼群、勘查海底地形地貌等。在这种声纳系统中，有一双明亮的眼睛--压电陶瓷水声换能器。当水声换能器发射出的声信号碰到一个目标后就会产生反射信号，这个反射信号被另一个接收型水声换能器所接收，于是，就发现了目标。目前，压电陶瓷是制作水声换能器的最佳材料之一。2、 在医学上，医生将压电陶瓷探头放在人体的检查部位，通电后发出超声波，传到人体碰到人体的组织后产生回波，然后把这回波接收下来，显示在荧光屏上，医生便能了解人体内部状况。3、在工业上，地质探测仪里有压电陶瓷元件，用它可以判断地层的地质状况，查明地下矿藏。还有电视机里的变压器--电压陶瓷变压器，它体积变小、重量减轻，效率可达60%～80%，能耐住3万伏的高压，使电压保持稳定，完全消除了电视图象模糊变形的缺陷。 在玩具小狗的肚子中安装压电陶瓷制作的蜂鸣器，玩具都会发出逼真有趣的声音。在汽车上应用：在汽车的制动器活塞里安装一种简单的压电陶瓷致动器，向内部制动杉块的支撑板施加“抖动”频率，有效抑制产生尖利噪音的振动，从而能在温度湿度变化和刹车系统正常磨损的情况下发挥作用。压电陶瓷也可用作汽车的压电陶瓷爆震传感器、超声波传感器、加速度传感器等类别。压电陶瓷在汽车燃油系统的喷油器上应用目前处于最前沿的开发阶段。4、在航天领域，压电陶瓷制作的压电陀螺，是在太空中飞行的航天器、人造卫星的舵。依靠舵，航天器和人造卫星，才能保证其既定的方位和航线。小巧玲珑的压电陀螺灵敏度高，可靠性好。　　 三、压电陶瓷的应用实例 1.压电陶瓷喷油器 压电陶瓷喷油器柴油机系统是迄今为止柴油机电控喷油技术中，结构最完善、性能最先进、技术难度最大、最有发展前途的电控喷射系统。它具有以下特征:高压的产生和喷油控制是分别独立进行的，喷油压力可以根据发动机的运行工况，在较宽范围内进行调节;它还能实现预喷射、主喷射以及多次喷射等;可以自由地改变喷油参数和喷油形态可以高自由度地控制燃油喷射，大大提高柴油机的燃烧效率、降低排放水平、提高发动机的性能。 （1）、德国公司到目前为止共设计了3代高压共轨系统。第一代于1977年7月批量投放市场，喷射压力达135MPa，主要应用于轿车。第二代2000年开始批量生产，最大系统压力提高到160MPa，并开始使用具有油量调节功能的高压油泵、经改进的电磁阀喷油器，喷射循环由预喷射、主喷射和多级喷射等多次喷射组成，采用降噪新技术。第三代产品于2003年5月推出，最高压力可达160MPa。2005年末推出的第三代共轨系统的改进型采用了压电陶瓷执行器，其运动部件由原来的4个减少为1个，运动质量减少75%，开关时间比电磁阀少50%。该系统的喷射压力为160MPa，喷油器响应时间为0.lms，每次循环可实现5次喷射。目前正在开发的第四代共轨喷射系统，最高喷射压力可达25OMpa，并允许喷油压力逐步上升。 （2）、日本电装公司:其典型代表是它的ECU一UZ系统。该系