CERADIR压电陶瓷课堂【第四回：应用】

前言

之前我们对压电陶瓷的性能参数、相关结构以及生产工艺进行了浅显的认识，本周的CERADIR先进陶瓷最后对有关压电陶瓷的应用进行介绍。

压电陶瓷的应用是十分广泛的，在宇航、电子、计算机、激光、超声和能源等领域都得到了广泛的应用。压电陶瓷的应用，主要分为两大类；压电振子和压电换能器。前者如振荡器、谐振器、滤波器、延迟器，这类器件主要利用电——机及机——电换能原理进行工作，要求压电、介电、弹性等性能稳定，机械品质因数高等。后者如传声器和超声换能器等，主要用于能量转换，要求机电耦合系数和品质因素高。

1.高压发生装置上的应用

（1）压电陶瓷点火器

压电陶瓷点火器是利用压电陶瓷将机械力转换为电火花的装置、压电陶瓷点火器产生高压电源的原理，是利用压电陶瓷元件受机械力作用发生弹性形变而产生高压输出，然后通过高压火花放电，点燃易燃油气体。

压电陶瓷点火器有压电打火机、压电高压发生器和家用压电陶瓷点火器等。

图1.压电陶瓷点火器

（2） 压电陶瓷变压器

压电陶瓷变压器是利用压电陶瓷的电能→机械能→电能的机电能的二次变换，在谐振频率获得最高升压输出的装置。其原理是把一定频率的交变电场加在驱动部分时，由逆压电效应产生机械形变，由此引起机械谐振，并沿瓷片的长度方向传播。这种机械谐振，又通过正压电效应，使瓷片的发电部分端面聚集大量束缚电荷；束缚电荷越多，从而在发电部分的端部电极上获得相当高的电压输出。

制造压电陶瓷变压器的材料，应该具有高的机电耦合系数，特别是横向机电耦合系数与纵向机电耦合系数要高。材料的热稳定性要好，防止发热损耗，机械品质因素要适当高些，要求具有良好的频率温度稳定性和时间稳定性。此外要有足够的机械强度和耐较高的交流场强。

压电变压器的应用有连续点火装置、高压电源变换器多层复合结构压电陶瓷变压器等。

图2.压电陶瓷变压器

（3） 其他的应用

这类应用有遥控压电信号发生器，如有线遥控、超声遥控、无线遥控和电光遥控等。压电按钮开关，在电子计算机等多数电子设备中，存在动作启动或停止，采用压电开关能获得轻巧的无触点开关。

压电动力开关，它是由压电陶瓷元件和非晶态半导体所组成的开关元件。此外还有便携式小型电源（电源充电器）， 可以利用压电陶瓷发电对电池进行第二次充电，不需要更换电池。

2.在电声等设备上的应用

这种应用是通过压电效应，将电能转换成声能，或将声能转换成电能的一种换能器，有压电陶瓷扬声器、送受话器、蜂鸣器等。

（1）压电陶瓷受话器

受话器即受话听筒，通常采用电磁型或电动型，但压电陶瓷受话器具有质量轻、不怕电磁干扰、可小型化等特点而受到重视。

（2）压电陶瓷蜂鸣器

压电陶瓷蜂鸣器是应用应用压电陶瓷发声元件（通称蜂鸣片）制成的电声器件，它与电磁型蜂鸣器相比，具有以下优点

①无触点，高可靠，长寿命，无射电噪音；

②音色清晰，在杂响中穿透能力强；

③变化电路，可发出各种音调；

④功耗小，工作电流很小，仅为电磁型蜂鸣器的1/10～1/2；

⑤体积小，质量轻，厚度薄，适合集成化的需要。

压电陶瓷蜂鸣器应用很广，例如火灾报警，烟雾和气体报警，汽车速度报警，防盗报警，矿井瓦斯报警；电子手表，电子门铃，电子计算器、仪器等报时及音讯传递指示等；电子玩具、音乐卡以及遥控呼唤器，大量使用压电蜂鸣器。

压电陶瓷瓷蜂鸣器发生元件，一般采用膜片，其外形尺寸为直径 10~50mm, 总厚度为0. 4~0.5mm。当在压电陶瓷发生元件上施加交变电压时，发声元件产生挠曲振动而发出声音。

图3.压电陶瓷瓷蜂鸣器

3. 在计测仪器上的应用

用压电陶瓷制成各种测量和感知动态的或静态的各种力、加速度、冲击和振动等各种物理量及其变化的传感器。目前已用于各种检测仪表和控制系统中，成为这些仪表及控制系统的关键部件，这类元件有压电陀螺、压电加速计、压电陶瓷压力表、压电流量计、结霜传感器、表面粗糙度测量仪、压电电子秤等。

如在压电体上附加质量，就可制成加速度计，这就是说，将与质量和加速的乘积成比例的力加在压电体上，其输出电压与加速度成比例。此时，使用具有切变模式的

压电陶瓷，就能测量与压电体板面成平行方向的加速度。

4. 在水声设备中的应用

这是压电陶瓷极为重要的一个应用领域。水声设备是指利用声波传播信息来完成水下观察、通讯和探测等的设备。

电磁波在空气中传播时衰弱很少，在水中衰减很大，所以雷达和无线电设备不能用来对水下进行观察、通讯和探测。而声波在水中误差小，因此借助于声波在水中的传播来实现上述这些用途。用压电陶瓷材料来制造水声设备的的元器件也大有用途，如海洋地质调查、海底地质探测、编制海图、航道疏通及港务工程、海底电缆及指导渔业作业、海底及水中目标和设施的探测和识别。

5.在超声仪器上的应用

这类仪器有超声清洗器、超声马达、超声传声器、超声波脉冲诊断器、超声雾化器、超声显微镜等。例如超声波探伤仪，对材料的内部及混凝土构件进行探伤，利用超声检测脑和心脏的诊断、产科和妊娠诊断等。

6. 压电滤波器的应用

这类应用有声体波滤波器和声表面波滤波器。声体波滤波器其振动模式及振动波的传输方式都是声体波，这类器件叫做声体波滤波器。如果其振动模式及振动波的传输方式都是声表面波，这类器件叫做声表面波滤波器。

声体波器件有能阱模压电陶瓷器件、压电陶瓷谐振器、压电音叉、压电延迟器等。声表面波器件有声表面波延迟器、声表面波谐振器、声表面波放大器等。

结语

连续四周的CERADIR压电陶瓷课堂到今天就暂时告一段落啦！您可以点击下方文章超链接调转回顾相关文章。我们下一次开课再见！