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压电陶瓷材料

压电陶瓷材料

摘要：

本文包括压电陶瓷压电陶瓷的产生进展，机理，生产及其应用，从各方面述

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

技进展带来的种种奉献。

前言：

压电陶瓷是一种能够将机械能和电能相互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进展,对

于性能优异的压电陶瓷材料的开发和探究已成为各国争论的热点问题。本文专

注介绍了压电陶瓷的产生进展，机理，生产及其应用，从各方面阐述了压电陶

瓷材料。

压电陶瓷进展史：

1880年，居里兄弟首先觉察电气石的压电效应，从今开头了压电学的历史。

1881年，居里兄弟试验验证了逆压电效应，给出石英一样的正逆压电常数。

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。其次次世界大战中觉察了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争论室觉

察，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肯定的剩余极化，使它具有压电效应，从今诞生了压

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。这种晶体构造无对称中心，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展混合、成

型、高温烧结，由粉粒之间的固相反响和烧结过程而获得的微细晶粒无规章集

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相互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，导致材料两端外表消灭符号

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。

压电陶瓷的根本原理：

1.电畴：

通常，铁电体自发极化的方向不一样，但在一个小区域内，各晶胞的自发极

化方向一样，这个小区域就称为铁电畴。两畴之间的界壁称为畴壁，依据两个

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

四周，由于缺陷区存在内应力，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消灭“头对头，尾对尾”的特别形态

以利于降低自由能。观看电畴可以承受化学腐蚀法、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

2.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消灭电畴构造，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相互抵消，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转变方向;在交变外电场E的作用

下，铁电体的宏观极化强度p与E的关系消灭回线。铁电体的这些性质与铁磁

性格外相像，故称铁电性

铁电体中由于消灭畴构造，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