壓電陶瓷(piezoelectric ceramics)具有壓電效應的陶瓷,稱壓電陶瓷。它具有一種奇異的壓電效應特性,即當受到微小外力作用時,能把機械能變成電能,當加上交變電壓時,又會把電能變成機械能。

它通常由幾種氧化物或碳酸鹽在燒結過程中發生固相反應而形成,其制造工藝與普通的電子陶瓷相似。燒結出來的陶瓷體是多晶體,其自發極化是紊亂取向的,主要成分是鐵電體,因此稱鐵電陶瓷,沒有壓電性能。

對這樣的陶瓷體施加強的直流電場進行極化處理,原來混亂取向的自發極化就沿電場方向擇優取向。去除電場后,陶瓷體仍保留著一定的總體剩余極化,遂使陶瓷體有了壓電性能。

與壓電單晶材料相比,壓電陶瓷的特點是制造容易,可做成各種形狀;可任意選擇極化軸方向;易于改變瓷料的組分而得到具有各種性能的瓷料;成本低,適于大量生產。但由于是多晶材料,所以使用頻率受到限制。目前最常用的壓電陶瓷有鈦酸鋇、鈦酸鉛、鋯鈦酸鉛、三元系壓電陶瓷、透明鐵電陶瓷以及鈮酸鹽系陶瓷等。

壓電陶瓷由于它的壓電效應用途極為廣泛。例如壓電陶瓷在交變電壓的作用下,能夠產生或接受聲波、次聲波和超聲波,所以可做成水下雷達、魚群探測器等。用它制成小巧玲瓏、靈敏度極高的壓電陀螺儀,可以控制導彈的飛行,只要導彈發生偏移,就會把扭力傳遞給壓電陀螺儀,壓電陀螺儀就會輸出電流,使導彈按正確軌道飛行。

在海戰中,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。

由于壓電陶瓷能把力能轉換成電能而放電,所以可用于高壓燃引爆,例如,如果在反坦克炮彈上裝上一個小小的壓電陶瓷元件,當炮彈射中坦克的瞬間,就靠壓電陶瓷受壓起火,使炸藥爆炸而摧毀坦克,電子打火機也是用同樣方法使打火機內的壓電陶瓷起火花,引燃可燃氣體的。在工業上,壓電陶瓷可用來制造調頻濾波器,閃光燈觸發器,壓電變壓器,壓電步進馬達,電焊換能器,地震預報器等。在醫療上,壓電陶瓷也可用來制造盲人助視器,人造心臟起搏器,數字顯示脈搏計,血壓計等,還可用來診斷人體內的某些病變。

那什么才是好的壓電陶瓷呢?那要看以什么標準去劃分。以是否含鉛為標準,那現在所應用的極大部分都含鉛,不含鉛的壓電陶瓷在性能指標上還不能達到廣泛的實用化。以性能指標為標準,固然那些性能極差的壓電陶瓷是壞陶瓷,但現在市面上或生產壓電陶瓷的廠家出廠的壓電陶瓷都應該是自認為合格的產品,我認為雖說都合格,但各自的性能標準不同,所以也不能說誰的好,誰的壞,另外壓電陶瓷有很多參數指標,這些指標只能達到一個平衡,有時過份追求某一個指標從而犧牲了其他指標,這也不是好事。實踐是檢驗真理的標準,我認為使用者適用即為好,不適用即為壞。

我們公司經常遇到這樣的情況:用戶的電路是固定的,我們提供的壓電陶瓷性能完全達到了材料的理論指標,我們認為很好,但用戶卻說不行,原因是靈敏度太高了,達到了飽和狀態無法使用,要求降低性能,做好的東西要想把性能降低也不容易啊!也有這種情況:做好的壓電陶瓷不合格,做個記錄放入了不合格品區,有用戶急要樣品,尺寸剛好與不合格的相同,說明原因,將不合格的壓電陶瓷片提供給用戶試用,用戶居然使用效果非常好。

所以我們總結為:只要壓電陶瓷達到了一定的性能,無好壞之分,適用即為好。這就要求我們生產廠家認真做好工藝記錄,要確實了解掌握不同工藝對應的產品性能,只有這樣我們才能盡量滿足不同用戶的要求。