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壓電陶瓷是什么？

壓電陶瓷是一種具有壓電效應(yīng)的多晶體。因生產(chǎn)工藝和陶瓷相近而得名。

整體看來，晶粒與晶粒的晶格方向不一定相同，排列是無規(guī)則的。這樣的結(jié)構(gòu)稱其為多晶體。

壓電陶瓷的基本概念

no.1自發(fā)極化

120℃以下，BaTiO3晶體結(jié)構(gòu)稍有畸變，為四方結(jié)構(gòu)，Ba2+和Ti4+相對于O2-產(chǎn)生了一個位移，結(jié)果導(dǎo)致正負(fù)電荷中心不重合，產(chǎn)生了極化（自發(fā)極化），通常把這種轉(zhuǎn)變溫度稱為居里溫度或居里點(diǎn)（Tc）。

鐵電晶體中存在著自發(fā)極化方向不同的小區(qū)域，那些自發(fā)極化方向相同的區(qū)域稱為電疇（黑色粗線為疇壁）。

對于自發(fā)極化而言，從宏觀統(tǒng)計(jì)來看，晶體中存在著各個方向的自發(fā)極化，它們相互抵消，宏觀上對外不呈現(xiàn)極性。

no.2人工極化

人工極化就是在壓電陶瓷上加一足夠高的直流電場，并保持一定的溫度和時(shí)間，迫使其電疇轉(zhuǎn)向，或者說迫使其自發(fā)極化作定向排列。下圖示意陶瓷中電疇在極化處理前后的變化情況。

no.3鐵電陶瓷

某些材料在一定溫度范圍內(nèi)具有自發(fā)極化。而且其自發(fā)極化可以因外電場的作用而轉(zhuǎn)向，材料的這種特性稱為鐵電性。具有這種特性的陶瓷材料稱為鐵電陶瓷。

Ps單個電疇的極化強(qiáng)度；Pr剩余極化強(qiáng)度；Ec矯頑電場。

壓電效應(yīng)

壓電效應(yīng)是指某些介質(zhì)在力的作用下，產(chǎn)生形變，引起介質(zhì)表面帶電，這是正壓電效應(yīng)。反之，施加激勵電場，介質(zhì)將產(chǎn)生機(jī)械變形，稱逆壓電效應(yīng)。

no.1正壓電效應(yīng)本質(zhì)

機(jī)械作用引起介質(zhì)極化。

正壓電效應(yīng)將機(jī)械力轉(zhuǎn)換為電能，如點(diǎn)火裝置，拾音器等，是機(jī)電換能器 。

壓電陶瓷點(diǎn)火示意圖

no.2逆壓電效應(yīng)的本質(zhì)

電場作用引起介質(zhì)極化。

逆壓電效應(yīng)主要用于壓電蜂鳴器，如音樂賀卡、門鈴和揚(yáng)聲器等。 

壓電蜂鳴器工作示意圖

壓電陶瓷的壓電效應(yīng)機(jī)理與石英晶體大不相同，未經(jīng)極化處理的壓電陶瓷材料是不會產(chǎn)生壓電效應(yīng)的。壓電陶瓷經(jīng)極化處理后，剩余極化強(qiáng)度會使與極化方向垂直的兩端出現(xiàn)束縛電荷（一端為正，另一端為負(fù)），由于這些束縛電荷的作用在陶瓷的兩個表面吸附一層來自外界的自由電荷，并使整個壓電陶瓷片呈電中性。

并非所有的陶瓷都具有壓電效應(yīng)。作為壓電陶瓷的原材料，在晶體結(jié)構(gòu)上一定是不具有對稱中心的晶體，如氧化鉛、氧化鋯、氧化鈦、碳酸鋇、氧化鈮、氧化鎂、氧化鋅等。

在32種點(diǎn)群的晶體中，只有20種非中心對稱點(diǎn)群的晶體才有壓電效應(yīng)。

將這些原材料在高溫下致密燒結(jié)，制成陶瓷，并將制好的陶瓷在直流高壓電場下進(jìn)行極化處理，才能成為壓電陶瓷。

常用的壓電陶瓷有鈦酸鋇、鈦酸鉛、鋯鈦酸鉛以及三元系壓電陶瓷等。