分享一下壓電陶瓷驅動器中壓電陶瓷的特性有哪些

　　壓電陶瓷是一類具有壓電特性的電子陶瓷材料. 與典型的不包含鐵電成分的壓電石英晶體的主要區(qū)別是: 構成其主要成分的晶相都是具有鐵電性的晶粒. 由于陶瓷是晶粒隨機取向的多晶聚集體，因此其中各個鐵電晶粒的自發(fā)極化矢量也是混亂取向的. 為了使陶瓷能表現(xiàn)出宏觀的壓電特性，就必須在壓電陶瓷燒成并于端面被復電極之后，將其置于強直流電場下進行極化處理，以使原來混亂取向的各自發(fā)極化矢量沿電場方向擇優(yōu)取向. 經過極化處理后的壓電陶瓷，在電場取消之后，會保留一定的宏觀剩余極化強度，從而使陶瓷具有了一定的壓電性質.

　　壓電陶瓷主要用于制造超聲換能器、水聲換能器、電聲換能器、陶瓷濾波器、陶瓷變壓器、陶瓷鑒頻器、高壓發(fā)生器、紅外探測器、聲表面波器件、電光器件、引燃引爆裝置和壓電陀螺等。

　　壓電陶瓷的特性

　　1.介電性及彈性性質

　　壓電陶瓷的介電性是反映陶瓷材料對外電場的響應程度，通常用介電常數(shù)ε0來表示。在外電場不太大時, 電介質對電場的響應可用線性關系:

　　不同用途的壓電陶瓷元器件對壓電陶瓷的介電常數(shù)要求不同。例如, 壓電陶瓷揚聲器等音頻元件要求陶瓷的介電常數(shù)要大, 而高頻壓電陶瓷元器件則要求材料的介電常數(shù)要小。

　　壓電陶瓷的彈性系數(shù)是反映陶瓷的形變與作用力之間關系的參數(shù)。壓電陶瓷材料同其它彈性體一樣,遵循胡克定律: Xmn=cmnpqxmnpq, 式中cmnpq叫做彈性體的彈性硬度常數(shù), X 為應力,x為應變。對于壓電體,由于存在壓電性,彈性系數(shù)的數(shù)值與電學邊界條件有關。

　　2.壓電陶瓷的壓電性

　　壓電陶瓷大的特性是具有壓電性, 包括正壓電性和逆壓電性。正壓電性是指某些電介質在機械外力作用下,介質內部正負電荷中心發(fā)生相對位移而引起極化, 從而導致電介質兩端表面內出現(xiàn)符號相反的束縛電荷。在外力不太大的情況下, 其電荷密度與外力成正比, 遵循公式:

　　其中,δ為面電荷密度, d為壓電應變常數(shù),T為伸縮應力。反之,當給具有壓電性的電介質加上外電場時,電介質內部正負電荷中心發(fā)生相對位移而被極化, 由此位移導致電介質發(fā)生形變,這種效應稱之為逆壓電性。當電場不是很強時形變與外電場呈線性關系, 遵循公式:

　　dt為逆壓電應變常數(shù), 即d的轉置矩陣, E為外加電場, x為應變。壓電效應的強弱反映了晶體的彈性性能與介電性能之間的耦合程度,用機電耦合系數(shù)K表示, 遵循公式:

　　其中u12為壓電能, u1為彈性能, u2為介電能。

　　3.壓電特性的物理機制

　　經過極化了的壓電陶瓷片的兩端會出現(xiàn)束縛電荷, 所以在電極表面上吸附了一層來自外界的自由電荷。當給陶瓷片施加一外界壓力F時，片的兩端會出現(xiàn)放電現(xiàn)象。相反加以拉力會出現(xiàn)充電現(xiàn)象。這種機械效應轉變成電效應的現(xiàn)象屬于正壓電效應。

　　另外, 壓電陶瓷具有自發(fā)極化的性質, 而自發(fā)極化可以在外電場的作用下發(fā)生轉變。因此當給具有壓電性的電介質加上外電場時會發(fā)生如圖所示的變化, 壓電陶瓷會有變形。然而, 壓電陶瓷之所以會有變形, 是因為當加上與自發(fā)極化相同的外電場時, 相當于增強了極化強度。極化強度的增大使壓電陶瓷片沿極化方向伸長。相反, 如果加反向電場,則陶瓷片沿極化方向縮短。這種由于電效應轉變成機械效應的現(xiàn)象是逆壓電效應。

　　4.其他特性

　　壓電陶瓷具有敏感的特性，可以將極其微弱的機械振動轉換成電信號，可用于聲納系統(tǒng)、氣象探測、遙測環(huán)境保護、家用電器等。壓電陶瓷對外力的敏感使它甚至可以感應到十幾米外飛蟲拍打翅膀對空氣的擾動，用它來制作壓電地震儀，能地測出地震強度，指示出地震的方位和距離。這不能不說是壓電陶瓷的一大奇功。

　　壓電陶瓷在電場作用下產生的形變量很小，多不超過本身尺寸的千萬分之一，別小看這微小的變化，基于這個原理制做的控制機構--壓電驅動器，對于精密儀器和機械的控制、微電子技術、生物工程等領域都是一大福音。

　　諧振器、濾波器等頻率控制裝置，是決定通信設備性能的關鍵器件，壓電陶瓷在這方面具有明顯的*性。它頻率穩(wěn)定性好，精度高及適用頻率范圍寬，而且體積小、不吸潮、壽命長，特別是在多路通信設備中能提高抗干擾性，使以往的電磁設備無法望其項背而面臨著被替代的命運。