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压电陶瓷的原理及其产品应用

压电陶瓷

压电陶瓷是一种能够将机械能和电能互相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、超声波变幅杆超声换能器、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,导致材料两端表面出现符号相反的束缚电荷即压电效应而制作,具有敏感的特性,压电陶瓷主要用于制造超声换能器、水声换能器、电声换能器、陶瓷滤波器、陶瓷变压器、陶瓷鉴频器、高压发生器、红外探测器、声表面波器件、电光器件、引燃引爆装置和压电陀螺等

压电陶瓷是一类具有压电特性的电子陶瓷材料,压电陶瓷材料构成的主要成分是具有铁电性的晶粒,通过强直流电场进行极化处理后,使原来铁电晶粒的混乱取向的各自发极化矢量沿电场方向择优取向,经过极化处理后的压电陶瓷在电场取消之后会保留一定的宏观剩余极化强度,从而具有了一定的压电性质。

压电特性通俗来说就是能够将机械能和电能相互转换的性质。通过力的作用使介质产生形变,从而引起介质表面带电属于正压电效应,相反的,如果对介质施加一定的激励电场,介质将产生机械变形,称为逆压电效应。对于压电陶瓷的压电效应,已经被科学家们应用于人类生活密切相关的各种领域,用以实现能量转换、传感、驱动、频率控制等功能。利用压电陶瓷的正压电效应,可以制作出压电打火器、炸弹引爆装置等,比如生活中常见的电子打火机利用的就是压电陶瓷将机械能转换为电能的这一性质。而且由于压电陶瓷具有敏感的特性可以将极其微弱的机械振动转变为电信号,可用于声纳,气象探测、遥测环境保护等领域。当压电陶瓷被用来制作压电地震仪,可以精确的测出地震的强度并且指示出地震的方位以及距离。压电陶瓷不光具有独特的压电性质,在被应用于谐振器、滤波器等频率控制装置中时,还体现出了良好的频率稳定性、高精度、高抗干扰性以及适用频率范围宽等优势。

压电陶瓷的应用十分广泛,其中还包括超声波换能器。超声波换能器是利用压电陶瓷的逆压电效应,将输入的高频电功率转换为机械功率(超声波)并将机械功率传递出去的一种装置,其核心元件就是压电陶瓷,可以通过改变压电陶瓷的形状及规格,以适应不同超声波换能器的不同工作形式及频率需求。

压电陶瓷
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杭州泛索能超声

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