【正文】 荷中心相對位移而發(fā)生極化，導致材料兩端表面出現符號相反的束縛電荷的現象，稱為壓電效應。具有這種性能的陶瓷稱為壓電陶瓷，它的表面電荷的密度與所受的機械應力成正比。反之，當這類材料在外電場作用下，其內部正負電荷中心移位，又可導致材料發(fā)生機械變形，形變的大小與電場強度成正比。1946年美國麻省理工學院絕緣研究室發(fā)現，在鈦酸鋇鐵電陶瓷上施加直流高壓電場，使其自發(fā)極化沿電場方向擇優(yōu)取向,除去電場后仍能保持一定的剩余極化,使它具有壓電效應，從此誕生了壓電陶瓷常用的壓電陶瓷有鈦酸鋇系、鈦酸鉛－鋯酸鉛二元系及在二元系中添加第三種ABO3(A表示二價金屬離子，B表示四價金屬離子或幾種離子總和為正四價)型化合物，如：Pb(Mn1/3)Nb2/3)O3和Pb(CO1/3Nb2/3)O3等組成的三元系。如果在三元系統上再加入第四種或更多的化合物,可組成四元系或多元系壓電陶瓷。此外，還有一種鈮酸鹽系壓電陶瓷,如氧化鈉(鉀)〃氧化鈮(〃〃NbO3)和氧化鋇（鍶）〃氯化鈮(Bax〃Sr1x〃Nb2O5)等,它們不含有毒的鉛，對環(huán)境保護有利。制造特點 壓電陶瓷的制造特點是在直流電場下對鐵電陶瓷進行極化處理，使之具有壓電效應。一般極化電場為3～5kV/mm，溫度100～150176。C,時間5～20min。這三者是影響極化效果的主要因素。性能較好的壓電陶瓷，如鋯鈦酸鉛系陶瓷，～。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、引燃引爆裝臵和壓電陀螺等。陶瓷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、氣象探測、遙測環(huán)境保護、家用電器等。地震是毀滅性的災害，而且震源始于地殼深處，以前很難預測，使人類陷入了無計可施的尷尬境地。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，能精確地測出地震強度，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，最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精確控制機構－－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臵，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優(yōu)越性。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 主要原理我們來看一種新型自行車減震控制器，一般的減振器難以達到平穩(wěn)的效果，而這種ACX減震控制器，通過使用壓電材料，首次提供了連續(xù)可變的減震功能。一個傳感器以每秒50次的速率監(jiān)測沖擊活塞的運動，如果活塞快速動作，一般是由于行駛在不平地面而造成的快速沖擊，這時需要啟動最大的減震功能；如果活塞運動較慢，則表示路面平坦，只需動用較弱的減震功能。綜上所訴:壓電陶瓷就是矢量轉換材料 力電 電力 1次力電轉化,典型應用:壓電點火,稱量傳感 1次電力轉換:制動器,執(zhí)行器 電力形變振動聲波電聲超聲等 形變位移檢測 電力電,壓電變壓器等等~ 可以說，壓電陶瓷雖然是新材料，卻頗具平民性。它用于高科技，但更多地是在生活中為人們服務，創(chuàng)造美好的生活。目前，壓電陶瓷的主要原料還包括鉛等有毒物質。下一階段，無鉛壓電陶瓷和低溫壓電陶瓷將是發(fā)展的方向市場用途 壓電陶瓷的用途非常廣泛。下面我們來舉其中幾例：聲音轉換器 聲音轉換器是最常見的應用之一。像拾音器、傳聲器、耳機、蜂鳴器、超聲波探深儀、聲納、材料的超聲波探傷儀等都可以用壓電陶瓷做聲音轉換器。如兒童玩具上的蜂鳴器就是電流通過壓電陶瓷的壓電效應產生振動，而發(fā)出人耳可以聽得到的聲音。壓電陶瓷通過電子線路的控制，可產生不同頻率的振動，從而發(fā)出各種不同的聲音。例如電子音樂賀卡，就是通過壓電效應把機械振動轉換為交流電信號。壓電引爆器 自從第一次世界大戰(zhàn)中英軍發(fā)明了坦克，并首次在法國索姆河的戰(zhàn)斗中使用而重創(chuàng)了德軍后，坦克在多次戰(zhàn)斗中大顯身手。然而到了20世紀六七十年代，由于反坦克武器的發(fā)明，坦克失去了昔日的輝煌。反坦克炮發(fā)射出的穿甲彈接觸坦克，就會馬上爆炸，把坦克炸得粉碎。這是因為彈頭上裝有壓電陶瓷，它能把相碰時的強大機械力轉變?yōu)樗查g高電壓，爆發(fā)火花而引爆炸藥壓電打火機 現在煤氣灶上用的一種新式電子打火機，就是利用壓電陶瓷制成的。只要用手指壓一下打火按鈕，打火機上的壓電陶瓷就能產生高電壓，形成電火花而點燃煤氣，可以長久使用。所以壓電打火機不僅使用方便，安全可靠，而且壽命長，例如一種鈦鉛酸鉛壓電陶瓷制成的打火機可使用100萬次以上。防核護目鏡 核試驗員帶上用透明壓電陶瓷做成的護目鏡后，當核爆炸產生的光輻射達到危險程度時，護目鏡里的壓電陶瓷就把它轉變成瞬時高壓電，在1/1000 s里，能把光強度減弱到只有1/10000，當危險光消失后，又能恢復到原來的狀態(tài)。這種護目鏡結構簡單，只有幾十克重，安裝在防核護目頭盔上攜帶十分方便。超聲波換能器 適用于用于超聲波焊接設備以及超聲波清洗設備，主要采用大功率發(fā)射型壓電陶瓷制作，超聲波換能器是一種能把高頻電能轉化為機械能的裝臵，超聲波換能器作為能量轉換器件，它的功能是將輸入的電功率轉換成機械功率（即超聲波）再傳遞出去，而它自身消耗很少的一部分功率。聲納 [1]在海戰(zhàn)中，最難對付的是潛艇，它能長期在海下潛航，神不知鬼不覺地偷襲港口、艦艇，使敵方大傷腦筋。如何尋找敵潛艇？靠眼睛不行，用雷達也不行，因為電磁波在海水里會急劇衰減，不能能效地傳遞信號，探測潛艇靠的是聲納水下耳朵。壓電陶瓷就是制造聲納的材料，它發(fā)出超聲波，遇到潛艇便反射回來，被接收后經過處理，就可測出敵潛艇的方位、距離等。特種陶瓷片特種陶瓷，又稱精細陶瓷，按其應用功能分類，大體可分為高強度、耐高溫和復合結構陶瓷及電工電子功能陶瓷兩大類。在陶瓷坯料中加入特別配方的無機材料，經過1360度左右高溫燒結成型，從而獲得穩(wěn)定可靠的防靜電性能，成為一種新型特種陶瓷，通常具有一種或多種功能，如：電、磁、光、熱、聲、化學、生物等功能；以及耦合功能，如壓電、熱電、電光、聲光、磁光等功能。特種陶瓷是二十世紀發(fā)展起來的，在現代化生產和科學技術的推動和培育下，它們“繁殖”得非?？?，尤其在近二、三十年，新品種層出不窮，令人眼花繚亂。按照化學組成劃分有： 氧化物陶瓷氧化物陶瓷：氧化鋁、氧化鋯、氧化鎂、氧化鈣、氧化鈹、氧化鋅、氧化釔、二氧化鈦、二氧化釷、三氧化鈾等。氮化物陶瓷氮化物陶瓷：氮化硅、氮化鋁、氮化硼、氮化鈾等。碳化物陶瓷碳化物陶瓷：碳化硅、碳化硼、碳化鈾等 硼化物陶瓷硼化物陶瓷：硼化鋯、硼化鑭等 硅化物陶瓷硅化物陶瓷：二硅化鉬等 氟化物陶瓷氟化物陶瓷：氟化鎂、氟化鈣、三氟化鑭等 硫化物陶瓷硫化物陶瓷：硫化鋅、硫化鈰等 其他還有砷化物陶瓷，硒化物陶瓷，碲化物陶瓷等除了主要由一種化合物構成的單相陶瓷外，還有由兩種或兩種以上的化合物構成的復合陶瓷。例如，由氧化鋁和氧化鎂結合而成的鎂鋁尖晶石陶瓷，由氮化硅和氧化鋁結合而成的氧氮化硅鋁陶瓷，由氧化鉻、氧化鑭和氧化鈣結合而成的鉻酸鑭鈣陶瓷，由氧化鋯、氧化鈦、氧化鉛、氧化鑭結合而成的鋯鈦酸鉛鑭（PLZT）陶瓷等等。此外，有一大類在陶瓷中添加了金屬而生成的金屬陶瓷，例如氧化物基金屬陶瓷，碳化物基金屬陶瓷，硼化物基金屬陶瓷等，也是現代陶瓷中的重要品種上。近年來，為了改善陶瓷的脆性，在陶瓷基體中添加了金屬纖維和無機纖維，這樣構成的纖維補強陶瓷復合材料，是陶瓷家族中最年輕但卻是最有發(fā)展前途的一個分支。為了生產、研究和學習上的方便，有時不按化學組成，而根據陶瓷的性能，把它們分為高強度陶瓷，高溫陶瓷，高韌性陶瓷，鐵電陶瓷，壓電陶瓷，電解質陶瓷，半導體陶瓷，電介質陶瓷，光學陶瓷（即透明陶瓷），磁性瓷，耐酸陶瓷和生物陶瓷等等。隨著科學技術的發(fā)展，人們可以預期現代陶瓷將會更快地發(fā)展，產生更多更新的品種。制作工藝成形方法與結合劑的選擇特種陶瓷成形方法有很多種，生產中應根據制品的形狀選擇成形方法，而不同的成形方法需選用的結合劑不同。常見陶瓷成形方法、結合劑種類及用量如下所示 陶瓷注射成形和成形用結合劑氮化硅等特種陶瓷材料具有高強度、高耐磨性、低密度（輕量化）、耐熱性、耐腐蝕性等優(yōu)良性能，適用于制造渦輪加料機葉輪、搖臂式燒嘴、輔助燃燒室等汽車用陶瓷部件。這些部件要求復雜的形狀、高精度尺寸和高可靠性。不允許有內在缺陷（裂紋、氣孔、異物等）和表面缺陷。能滿足這些質量要求的成形技術之一，就是陶瓷注射成形法。陶瓷注射成型技術來源于高分子材料的注塑成型，借助高分子聚合物在高溫下熔融、低溫下凝固的特性來進行成型的，成型之后再把高聚物脫除。比傳統的陶瓷加工工藝要簡單的多，能制造出各種復雜形狀的高精度陶瓷零部件，且易于規(guī)?；妥詣踊a。目前，由清華大學材料科學與工程系楊金龍教授發(fā)明的CiM（陶瓷膠態(tài)注射成型方法及裝臵）技術在國內該領域中處于領先水平。陶瓷的注射成型技術有著諸多優(yōu)點，用它制備復雜形狀的陶瓷元件，不僅產品尺寸精度高、表面條件好，而且省去了后加工操作，降低了生產成本，縮短了生產周期，還具有自動化程度高、適合于大規(guī)模生產的特點。該工藝一般包括下列步驟：陶瓷粉的選取、粘結劑的選取、陶瓷粉與粘結劑的均勻混合、注射成型、脫脂、燒結。其中脫脂是關鍵。起初的陶瓷成型注射技術是將大量的高分子樹脂與陶瓷粉體混練在一起后得到混合料，然后裝入注射機于一定溫度注入模具，迅速冷凝后脫模而制成坯體。該技術適合制備濕坯強度大，尺寸精度高，機械加工量少，坯體均一的產品，適于大規(guī)模生產。對形狀復雜、厚度較薄產品的制備有著明顯的優(yōu)越性。但是由于含有大量的高分子粘結劑，使陶瓷坯體的脫脂成為不可逾越難題，并且有毛坯易變形，容易形成氣孔等缺點粘結劑能使粉末填充成預期形狀，它對整個工藝有重要的影響。理想的粘結劑應該具有以下特點：1）在成型溫度下純粘結劑的粘度在1Pa?s以下，流動時不發(fā)生與粉體的分離，冷卻后有足夠的強度和硬度；2）為惰性物質，與粉體不發(fā)生反應；3）在成型和混合溫度以上才分解，分解的產物無毒、無腐蝕性且殘余灰分少；4）膨脹系數低，由熱膨脹或結晶引起的殘余應力低；5）符合環(huán)保要求，價廉、安全、不吸濕、無易揮發(fā)組分，貯藏壽命長。目前使用的大多數粘結劑可分為3類：蠟基或油基粘結劑、水基粘結劑和固體聚合物溶液。蠟基粘結劑通常含34個組分，聚合物控制著流動粘度、生品（燒結前的坯體）強度和脫脂的特征。短分子鏈的成型性能好且可使成型元件中的定向作用減至最小。蠟或油是主填充劑，在脫脂的初期被除去。表面活性劑用于改善粉末與粘結劑的相容性。增塑劑用來調節(jié)聚合物的流動特性。水基粘結劑含有水溶性聚合物、凝膠或水玻璃。這類粘結劑通常采用低壓成型以避免粉末與粘結劑的分離和減少模具磨損及殘余應力。由于水易于除去，這使得制造較厚的元件成為可能。粘結劑溶液的凝固或膠凝使生品具有了強度。在燒結前，水從生品中蒸發(fā)或升華出去，使變形降至最低程度。新型的、采用聚苯乙烯的固體聚合物溶液的粘結劑配方已經被采用以避免變形。主填充劑用溶液浸漬法除去。由于聚苯乙烯的骨架結構沒法被削弱，所以避免了生品的變形。主填充劑是一種小的有機物分子，它既有苯環(huán)又有極性集團。苯環(huán)使它在混合時可溶于聚苯乙烯，極性集團則使它在脫脂時可溶于水或醇等溶劑中。常見的粘結劑有聚丙烯（PP）、無規(guī)則聚丙烯（APP）、聚乙烯（PE）、乙烯一醋酸乙烯共聚體（EVA）、聚苯乙烯（PS）、丙烯酸系樹脂等。其中PE具有優(yōu)異的成形性；EVA與其他樹脂的相溶性好，流動性、成形性也好；APP具有與其他樹脂相溶性好、富于流動性和脫脂性的特征；PS流動性好。助劑有蠟石石蠟、微晶石蠟、變性石蠟、天然石蠟、硬脂酸、配合劑等。成形材料的流動性可以使用高式流動點測定器和熔化分度器進行評價。當脫脂具有結合劑的含量多 時，則脫脂性有降低的傾向，助劑的石蠟多者，脫脂性好。如果有機材料在特定的溫度區(qū)域不能全部飛散掉，就會影響陶瓷的燒結，因此，需要考慮熱分解特性，加以選擇 陶瓷擠壓成形和成形用結合劑堇青石由于具有耐熱性、耐腐蝕性、多孔質性、低熱膨脹性等優(yōu)良材料特性，所以廣泛用作汽車尾氣凈化催化劑用載體。堇青石蜂窩狀物利用原料粒子的取向，產生出蜂窩狀結構體的低熱膨脹，可用擠壓成形法來制造。根據堇青石分子組成（2MgO〃2Al2O3〃5SiO2），原料可選用滑石、高嶺土和氧化鋁。成形用坯土從口蓋里面的供給孔進入口蓋內，經過細分后，向薄壁擴展，再結合，由此求得延伸性和結合性好的質量。另外，作為擠壓成形后的蜂窩狀體，為了保持形狀，坯土的屈服值高者好，也就是說，選擇結合劑應使坯土的流動性和自守性兩個性能達到最佳化。原料粉末、結合劑、助劑（潤滑劑、界面活性劑等）及水經機械混練后，用螺桿擠壓機連續(xù)式擠壓或用油壓柱塞式擠壓機擠壓成形。一般來說，擠壓成形使用的結合劑只要用低濃度水溶液，便可顯示出高粘性的結合性能。常用的有甲基纖維素（MC）、羧甲基纖維素（CMC）、聚氧乙烯（PEO）、聚乙烯醇（PVA）、羥乙基纖維素（HEC）等。MC能很好溶于水中，當加熱時很快膠化。CMC能很好溶于水中，分散性、穩(wěn)定性也高。PVA 廣泛地用于各種成形。潤滑劑可減少粉體間的摩擦，界面活性劑可提高原料粉末與水的潤濕性。缺乏可塑性，具有膨脹特性的坯土使擠壓不夠光滑，表面缺陷增加。因此，對結合劑的性能應有評價指標。評價還土的可塑性方法，有施加扭曲、壓縮、拉伸等應力，求出應力與變形之間的關系，用毛細管流變計的方法、粘彈性的方法等。用這種方法可以評價坯土的自守性和流動性。在用粘彈性的方法評價時，可得出結合劑配合量增加到一定程度時，自守性和流動性均會增加的結果。也就是說，結合劑配合量的增加有助于原料的可塑性增加。有機材料是特種陶瓷的主要結合劑，合理選用這些有機材料是保證產品質量的關鍵。在生產中，應根據粉料的特性、制品的形狀、成形方法綜合進行選擇發(fā)展新動向 特種陶瓷有熱壓鑄、熱壓、靜壓及氣相沉積等多種成型方法，這些陶瓷由于其化學組成、顯微結構及性能不同于普通陶瓷，故稱為特種陶瓷或高技術陶瓷，在日本稱為精細陶瓷。特種陶瓷不同的化學組成和組織結構決定了它不同的