压电陶瓷的特性及应用

压电陶瓷是人造多晶体，它的压电机理与石英晶体不同。从性质上看，压电陶瓷是一种经极化处理的人工多晶铁电体。所谓“多晶”，指它是由无数细微的单晶组成。所谓“铁电体”，指它具有类似铁磁材料磁畴的“电畴”结构，每个单晶形成一单个电畴。这种自发极化的电畴在极化处理以前，各晶粒内的电畴按任意方向排列，自发极化的作用相互抵消，陶瓷内极化强度为零。因此，原始的压电陶瓷呈现各向同性而不具有压电性，如图5.6（a）所示。

要使压电陶瓷具有压电性，必须作极化处理，即在一定温度下对陶瓷施加强直流电场，“迫使”电畴自发极化方向转到与外加电场正方向一致，作规则排列，如图5.6（b）所示。既然已极化，此时压电陶瓷具有一定极化强度，当外电场撤销后，电畴趋向基本保持不变，陶瓷极化强度并不立即恢复到零，如图5.6（c）所示。此时存在剩余极化强度，从而呈现出压电性，即陶瓷片的两端出现束缚电荷，一端为正，另一端为负。如图5.7所示，由于束缚电荷的作用，在陶瓷片的极化两端很快吸附一层来自外界的自由电荷，这时束缚电荷与自由电荷数值相等，极性相反，因此陶瓷片对外不呈现极性。

图5.6　压电陶瓷的极化

图5.7　束缚电荷与自由电荷排列的示意图(www.xing528.com)

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如果在压电陶瓷片上加一个与极化方向平行的外力，陶瓷片产生压缩变形，片内的束缚电荷之间距离变小，电畴发生偏转，极化强度变小，因此吸附在其表面的自由电荷，有一部分被释放而呈现放电现象。当撤销压力时，陶瓷片恢复原状，极化强度增大，因此又吸附一部分自由电荷而出现充电现象。这种因受力而产生的机械效应转变为电效应，将机械能转变为电能，就是压电陶瓷的正压电效应。放电电荷的多少与外力成正比例关系，即

式中　d33——压电陶瓷的压电系数；

F——作用力。