2。2压电陶瓷

压电陶瓷是一种能够将机械能与电能互相转化的信息功能陶瓷材料。压电陶瓷作为一种微位移器件，由于它体积小、重量轻，灵敏度高，响应速度快，精度高，轴向出力大，重复性好等优点，在生物，医疗，光学，航空航天，机械制造等领域被广泛使用。压电陶瓷的实际应用包括声音转换器，超声波换能器，压电点火装置等[20]。

2。2。1压电陶瓷结构

压电陶瓷和压电晶体都属于压电材料。压电陶瓷区别于压电晶体在于，后者一般是天然和人造石英晶体，其结构为单晶体六角形晶柱，而压电陶瓷是人造多晶系材料。常见的压电陶瓷材料有钛酸钡、锆钛酸铅、铌酸盐系压电陶瓷。压电陶瓷的压电常数比石英晶体高，如钛酸钡(BaTiO3)压电系数d33=190×10-12C/N[21]。

没有经过极化处理的压电陶瓷材料内各晶粒有不同方向的极化电畴，极化方向相互抵消，内部整体极化强度为零。当给压电陶瓷施加外电场时，内部电畴的极化方向转向电场强度方向。当外加电场撤去时，压电陶瓷的极化强度不会立刻恢复到零，而是在内部形成电场，在极化端面吸附一层自由电荷，对外表现出无极性。压电陶瓷的极化过程如图2。5所示。

图2。5  压电陶瓷极化过程示意图

2。2。2压电陶瓷逆压电效应来,自,优.尔:论;文*网www.youerw.com +QQ752018766-

电介质在电场的作用下产生两种效应，压电效应和电致伸缩效应。

当有机械力施加在压电陶瓷上时，会引起压电陶瓷内部正负电荷之间的距离发生变化，自由电荷被释放，转化为电能，称为其压电效应。使用压电陶瓷作为微位移器使用的是其逆压电效应。压电陶瓷的逆压电效应简而言之就是电能转化为机械能的过程。当在压电陶瓷的极化方向上施加电场，压电陶瓷内部电场的强度发生变化，压电陶瓷会在一定的方向上产生机械形变，这种形变与外部的电场强度方向有关，根据外部电场的正负方向，表现出可以是压力也可以是推力，与电场的强度成正比。当外加电场撤去时，在阈值电压范围内，相应的形变也会恢复。逆压电效应结构示意图如图2。6所示。

图2。6  逆压电效应结构示意图

电介质在电场的作用下，不仅因内部电场变化产生形变，还因为内部介质的感应极化作用产生形变，称为电致伸缩效应。这种形变与外部电场的方向无关，与电场强度的平方成正比。