【正文】 荷中心相對(duì)位移而發(fā)生極化，導(dǎo)致材料兩端表面出現(xiàn)符號(hào)相反的束縛電荷的現(xiàn)象，稱(chēng)為壓電效應(yīng)。具有這種性能的陶瓷稱(chēng)為壓電陶瓷，它的表面電荷的密度與所受的機(jī)械應(yīng)力成正比。反之，當(dāng)這類(lèi)材料在外電場(chǎng)作用下，其內(nèi)部正負(fù)電荷中心移位，又可導(dǎo)致材料發(fā)生機(jī)械變形，形變的大小與電場(chǎng)強(qiáng)度成正比。1946年美國(guó)麻省理工學(xué)院絕緣研究室發(fā)現(xiàn)，在鈦酸鋇鐵電陶瓷上施加直流高壓電場(chǎng)，使其自發(fā)極化沿電場(chǎng)方向擇優(yōu)取向,除去電場(chǎng)后仍能保持一定的剩余極化,使它具有壓電效應(yīng)，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(jià)金屬離子，B表示四價(jià)金屬離子或幾種離子總和為正四價(jià))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(tǒng)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(duì)環(huán)境保護(hù)有利。制造特點(diǎn) 壓電陶瓷的制造特點(diǎn)是在直流電場(chǎng)下對(duì)鐵電陶瓷進(jìn)行極化處理，使之具有壓電效應(yīng)。一般極化電場(chǎng)為3～5kV/mm，溫度100～150176。C,時(shí)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(cè)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(jī)械振動(dòng)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，可用于聲納系統(tǒng)、氣象探測(cè)、遙測(cè)環(huán)境保護(hù)、家用電器等。地震是毀滅性的災(zāi)害，而且震源始于地殼深處，以前很難預(yù)測(cè)，使人類(lèi)陷入了無(wú)計(jì)可施的尷尬境地。壓電陶瓷對(duì)外力的敏感使它甚至可以感應(yīng)到十幾米外飛蟲(chóng)拍打翅膀?qū)諝獾臄_動(dòng)，用它來(lái)制作壓電地震儀，能精確地測(cè)出地震強(qiáng)度，指示出地震的方位和距離。這不能不說(shuō)是壓電陶瓷的一大奇功壓電陶瓷在電場(chǎng)作用下產(chǎn)生的形變量很小，最多不超過(guò)本身尺寸的千萬(wàn)分之一，別小看這微小的變化，基于這個(gè)原理制做的精確控制機(jī)構(gòu)－－壓電驅(qū)動(dòng)器，對(duì)于精密儀器和機(jī)械的控制、微電子技術(shù)、生物工程等領(lǐng)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(shè)備性能的關(guān)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(zhǎng)，特別是在多路通信設(shè)備中能提高抗干擾性，使以往的電磁設(shè)備無(wú)法望其項(xiàng)背而面臨著被替代的命運(yùn) 主要原理我們來(lái)看一種新型自行車(chē)減震控制器，一般的減振器難以達(dá)到平穩(wěn)的效果，而這種ACX減震控制器，通過(guò)使用壓電材料，首次提供了連續(xù)可變的減震功能。一個(gè)傳感器以每秒50次的速率監(jiān)測(cè)沖擊活塞的運(yùn)動(dòng)，如果活塞快速動(dòng)作，一般是由于行駛在不平地面而造成的快速?zèng)_擊，這時(shí)需要啟動(dòng)最大的減震功能；如果活塞運(yùn)動(dòng)較慢，則表示路面平坦，只需動(dòng)用較弱的減震功能。綜上所訴:壓電陶瓷就是矢量轉(zhuǎn)換材料 力電 電力 1次力電轉(zhuǎn)化,典型應(yīng)用:壓電點(diǎn)火,稱(chēng)量傳感 1次電力轉(zhuǎn)換:制動(dòng)器,執(zhí)行器 電力形變振動(dòng)聲波電聲超聲等 形變位移檢測(cè) 電力電,壓電變壓器等等~ 可以說(shuō)，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(wù)，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(zhì)。下一階段，無(wú)鉛壓電陶瓷和低溫壓電陶瓷將是發(fā)展的方向市場(chǎng)用途 壓電陶瓷的用途非常廣泛。下面我們來(lái)舉其中幾例：聲音轉(zhuǎn)換器 聲音轉(zhuǎn)換器是最常見(jiàn)的應(yīng)用之一。像拾音器、傳聲器、耳機(jī)、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(zhuǎn)換器。如兒童玩具上的蜂鳴器就是電流通過(guò)壓電陶瓷的壓電效應(yīng)產(chǎn)生振動(dòng)，而發(fā)出人耳可以聽(tīng)得到的聲音。壓電陶瓷通過(guò)電子線(xiàn)路的控制，可產(chǎn)生不同頻率的振動(dòng)，從而發(fā)出各種不同的聲音。例如電子音樂(lè)賀卡，就是通過(guò)壓電效應(yīng)把機(jī)械振動(dòng)轉(zhuǎn)換為交流電信號(hào)。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(guó)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(jì)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(huì)馬上爆炸，把坦克炸得粉碎。這是因?yàn)閺楊^上裝有壓電陶瓷，它能把相碰時(shí)的強(qiáng)大機(jī)械力轉(zhuǎn)變?yōu)樗查g高電壓，爆發(fā)火花而引爆炸藥壓電打火機(jī) 現(xiàn)在煤氣灶上用的一種新式電子打火機(jī)，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(jī)上的壓電陶瓷就能產(chǎn)生高電壓，形成電火花而點(diǎn)燃煤氣，可以長(zhǎng)久使用。所以壓電打火機(jī)不僅使用方便，安全可靠，而且壽命長(zhǎng)，例如一種鈦鉛酸鉛壓電陶瓷制成的打火機(jī)可使用100萬(wàn)次以上。防核護(hù)目鏡 核試驗(yàn)員帶上用透明壓電陶瓷做成的護(hù)目鏡后，當(dāng)核爆炸產(chǎn)生的光輻射達(dá)到危險(xiǎn)程度時(shí)，護(hù)目鏡里的壓電陶瓷就把它轉(zhuǎn)變成瞬時(shí)高壓電，在1/1000 s里，能把光強(qiáng)度減弱到只有1/10000，當(dāng)危險(xiǎn)光消失后，又能恢復(fù)到原來(lái)的狀態(tài)。這種護(hù)目鏡結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，只有幾十克重，安裝在防核護(hù)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(shè)備以及超聲波清洗設(shè)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(zhuǎn)化為機(jī)械能的裝臵，超聲波換能器作為能量轉(zhuǎn)換器件，它的功能是將輸入的電功率轉(zhuǎn)換成機(jī)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(duì)付的是潛艇，它能長(zhǎng)期在海下潛航，神不知鬼不覺(jué)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(dá)也不行，因?yàn)殡姶挪ㄔ诤Ｋ飼?huì)急劇衰減，不能能效地傳遞信號(hào)，探測(cè)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(lái)，被接收后經(jīng)過(guò)處理，就可測(cè)出敵潛艇的方位、距離等。特種陶瓷片特種陶瓷，又稱(chēng)精細(xì)陶瓷，按其應(yīng)用功能分類(lèi)，大體可分為高強(qiáng)度、耐高溫和復(fù)合結(jié)構(gòu)陶瓷及電工電子功能陶瓷兩大類(lèi)。在陶瓷坯料中加入特別配方的無(wú)機(jī)材料，經(jīng)過(guò)1360度左右高溫?zé)Y(jié)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(xué)、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(jì)發(fā)展起來(lái)的，在現(xiàn)代化生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的推動(dòng)和培育下，它們“繁殖”得非常快，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(xué)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(gòu)成的單相陶瓷外，還有由兩種或兩種以上的化合物構(gòu)成的復(fù)合陶瓷。例如，由氧化鋁和氧化鎂結(jié)合而成的鎂鋁尖晶石陶瓷，由氮化硅和氧化鋁結(jié)合而成的氧氮化硅鋁陶瓷，由氧化鉻、氧化鑭和氧化鈣結(jié)合而成的鉻酸鑭鈣陶瓷，由氧化鋯、氧化鈦、氧化鉛、氧化鑭結(jié)合而成的鋯鈦酸鉛鑭（PLZT）陶瓷等等。此外，有一大類(lèi)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(xiàn)代陶瓷中的重要品種上。近年來(lái)，為了改善陶瓷的脆性，在陶瓷基體中添加了金屬纖維和無(wú)機(jī)纖維，這樣構(gòu)成的纖維補(bǔ)強(qiáng)陶瓷復(fù)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(gè)分支。為了生產(chǎn)、研究和學(xué)習(xí)上的方便，有時(shí)不按化學(xué)組成，而根據(jù)陶瓷的性能，把它們分為高強(qiáng)度陶瓷，高溫陶瓷，高韌性陶瓷，鐵電陶瓷，壓電陶瓷，電解質(zhì)陶瓷，半導(dǎo)體陶瓷，電介質(zhì)陶瓷，光學(xué)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(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們可以預(yù)期現(xiàn)代陶瓷將會(huì)更快地發(fā)展，產(chǎn)生更多更新的品種。制作工藝成形方法與結(jié)合劑的選擇特種陶瓷成形方法有很多種，生產(chǎn)中應(yīng)根據(jù)制品的形狀選擇成形方法，而不同的成形方法需選用的結(jié)合劑不同。常見(jiàn)陶瓷成形方法、結(jié)合劑種類(lèi)及用量如下所示 陶瓷注射成形和成形用結(jié)合劑氮化硅等特種陶瓷材料具有高強(qiáng)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(jī)葉輪、搖臂式燒嘴、輔助燃燒室等汽車(chē)用陶瓷部件。這些部件要求復(fù)雜的形狀、高精度尺寸和高可靠性。不允許有內(nèi)在缺陷（裂紋、氣孔、異物等）和表面缺陷。能滿(mǎn)足這些質(zhì)量要求的成形技術(shù)之一，就是陶瓷注射成形法。陶瓷注射成型技術(shù)來(lái)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(lái)進(jìn)行成型的，成型之后再把高聚物脫除。比傳統(tǒng)的陶瓷加工工藝要簡(jiǎn)單的多，能制造出各種復(fù)雜形狀的高精度陶瓷零部件，且易于規(guī)模化和自動(dòng)化生產(chǎn)。目前，由清華大學(xué)材料科學(xué)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(shù)在國(guó)內(nèi)該領(lǐng)域中處于領(lǐng)先水平。陶瓷的注射成型技術(shù)有著諸多優(yōu)點(diǎn)，用它制備復(fù)雜形狀的陶瓷元件，不僅產(chǎn)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(chǎn)成本，縮短了生產(chǎn)周期，還具有自動(dòng)化程度高、適合于大規(guī)模生產(chǎn)的特點(diǎn)。該工藝一般包括下列步驟：陶瓷粉的選取、粘結(jié)劑的選取、陶瓷粉與粘結(jié)劑的均勻混合、注射成型、脫脂、燒結(jié)。其中脫脂是關(guān)鍵。起初的陶瓷成型注射技術(shù)是將大量的高分子樹(shù)脂與陶瓷粉體混練在一起后得到混合料，然后裝入注射機(jī)于一定溫度注入模具，迅速冷凝后脫模而制成坯體。該技術(shù)適合制備濕坯強(qiáng)度大，尺寸精度高，機(jī)械加工量少，坯體均一的產(chǎn)品，適于大規(guī)模生產(chǎn)。對(duì)形狀復(fù)雜、厚度較薄產(chǎn)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(jié)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(diǎn)粘結(jié)劑能使粉末填充成預(yù)期形狀，它對(duì)整個(gè)工藝有重要的影響。理想的粘結(jié)劑應(yīng)該具有以下特點(diǎn)：1）在成型溫度下純粘結(jié)劑的粘度在1Pa?s以下，流動(dòng)時(shí)不發(fā)生與粉體的分離，冷卻后有足夠的強(qiáng)度和硬度；2）為惰性物質(zhì)，與粉體不發(fā)生反應(yīng)；3）在成型和混合溫度以上才分解，分解的產(chǎn)物無(wú)毒、無(wú)腐蝕性且殘余灰分少；4）膨脹系數(shù)低，由熱膨脹或結(jié)晶引起的殘余應(yīng)力低；5）符合環(huán)保要求，價(jià)廉、安全、不吸濕、無(wú)易揮發(fā)組分，貯藏壽命長(zhǎng)。目前使用的大多數(shù)粘結(jié)劑可分為3類(lèi)：蠟基或油基粘結(jié)劑、水基粘結(jié)劑和固體聚合物溶液。蠟基粘結(jié)劑通常含34個(gè)組分，聚合物控制著流動(dòng)粘度、生品（燒結(jié)前的坯體）強(qiáng)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(jié)劑的相容性。增塑劑用來(lái)調(diào)節(jié)聚合物的流動(dòng)特性。水基粘結(jié)劑含有水溶性聚合物、凝膠或水玻璃。這類(lèi)粘結(jié)劑通常采用低壓成型以避免粉末與粘結(jié)劑的分離和減少模具磨損及殘余應(yīng)力。由于水易于除去，這使得制造較厚的元件成為可能。粘結(jié)劑溶液的凝固或膠凝使生品具有了強(qiáng)度。在燒結(jié)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(jié)劑配方已經(jīng)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(jié)構(gòu)沒(méi)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(jī)物分子，它既有苯環(huán)又有極性集團(tuán)。苯環(huán)使它在混合時(shí)可溶于聚苯乙烯，極性集團(tuán)則使它在脫脂時(shí)可溶于水或醇等溶劑中。常見(jiàn)的粘結(jié)劑有聚丙烯（PP）、無(wú)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(shù)脂等。其中PE具有優(yōu)異的成形性；EVA與其他樹(shù)脂的相溶性好，流動(dòng)性、成形性也好；APP具有與其他樹(shù)脂相溶性好、富于流動(dòng)性和脫脂性的特征；PS流動(dòng)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(dòng)性可以使用高式流動(dòng)點(diǎn)測(cè)定器和熔化分度器進(jìn)行評(píng)價(jià)。當(dāng)脫脂具有結(jié)合劑的含量多 時(shí)，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(jī)材料在特定的溫度區(qū)域不能全部飛散掉，就會(huì)影響陶瓷的燒結(jié)，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(jié)合劑堇青石由于具有耐熱性、耐腐蝕性、多孔質(zhì)性、低熱膨脹性等優(yōu)良材料特性，所以廣泛用作汽車(chē)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(chǎn)生出蜂窩狀結(jié)構(gòu)體的低熱膨脹，可用擠壓成形法來(lái)制造。根據(jù)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(jìn)入口蓋內(nèi)，經(jīng)過(guò)細(xì)分后，向薄壁擴(kuò)展，再結(jié)合，由此求得延伸性和結(jié)合性好的質(zhì)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(shuō)，選擇結(jié)合劑應(yīng)使坯土的流動(dòng)性和自守性?xún)蓚€(gè)性能達(dá)到最佳化。原料粉末、結(jié)合劑、助劑（潤(rùn)滑劑、界面活性劑等）及水經(jīng)機(jī)械混練后，用螺桿擠壓機(jī)連續(xù)式擠壓或用油壓柱塞式擠壓機(jī)擠壓成形。一般來(lái)說(shuō)，擠壓成形使用的結(jié)合劑只要用低濃度水溶液，便可顯示出高粘性的結(jié)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(dāng)加熱時(shí)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(rùn)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(rùn)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(duì)結(jié)合劑的性能應(yīng)有評(píng)價(jià)指標(biāo)。評(píng)價(jià)還土的可塑性方法，有施加扭曲、壓縮、拉伸等應(yīng)力，求出應(yīng)力與變形之間的關(guān)系，用毛細(xì)管流變計(jì)的方法、粘彈性的方法等。用這種方法可以評(píng)價(jià)坯土的自守性和流動(dòng)性。在用粘彈性的方法評(píng)價(jià)時(shí)，可得出結(jié)合劑配合量增加到一定程度時(shí)，自守性和流動(dòng)性均會(huì)增加的結(jié)果。也就是說(shuō)，結(jié)合劑配合量的增加有助于原料的可塑性增加。有機(jī)材料是特種陶瓷的主要結(jié)合劑，合理選用這些有機(jī)材料是保證產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵。在生產(chǎn)中，應(yīng)根據(jù)粉料的特性、制品的形狀、成形方法綜合進(jìn)行選擇發(fā)展新動(dòng)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(xué)組成、顯微結(jié)構(gòu)及性能不同于普通陶瓷，故稱(chēng)為特種陶瓷或高技術(shù)陶瓷，在日本稱(chēng)為精細(xì)陶瓷。特種陶瓷不同的化學(xué)組成和組織結(jié)構(gòu)決定了它不同的