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          壓電陶瓷的高頻電流及工作過程

                 壓電陶瓷的壓電效應的原理是對壓電材料施加壓力,它便會產生電位差(稱之為正壓電效應),反之施加電壓,則產生機械應力(稱為逆壓電效應)。如果壓力是一種高頻震動,則產生的是高頻電流。而高頻電信號加在壓電陶瓷上時,則產生高頻聲信號(機械震動),這是我們平常所說的超聲波信號。也是說,壓電陶瓷具有機械能與電能之間的轉換和逆轉換的功能,這種相互對應的關系確實非常有意思。

                 壓電陶瓷的壓電材料可以因機械變形產生電場,也可以因電場作用產生機械變形,這種固有的機-電耦合效應使得壓電材料在工程中得到了廣泛的應用。例如,壓電材料已被用來制作智能結構,此類結構除具有自承載能力外,還具有自診斷性、自適應性和自修復性等功能,在未來的飛行器設計中占有重要的地位。

                 壓電陶瓷在工作的過程中,其壓力傳感器主要是利用壓電材料所具有的壓電效應所制成的。由于壓電材料的電荷量是一定的,所以在連接時要特別注意,避免漏電。壓電式壓力傳感器的優點是具有自生信號,輸出信號大,較高的頻率響應,體積小,結構堅固。其缺點是只能用于動能測量。需要特殊電纜,在受到突然振動或過大壓力時,自我恢復較慢。

                 壓電元件一般由兩塊壓電晶片組成。在壓電晶片的兩個表面上鍍有電極,并引出引線。在壓電晶片上放置一個質量塊,質量塊一般采用比較大的金屬鎢或高比重的合金制成。然后用一硬彈簧或螺栓,螺帽對質量塊預加載荷,整個組件裝在一個原基座的金屬殼體中。為了隔離試件的任何應變傳送到壓電元件上去,避免產生假信號輸出,所以一般要加厚基座或選用由剛度較大的材料來制造,殼體和基座的重量差不多占傳感器重量的一半。

                 測量時,將傳感器基座與試件剛性地固定在一起。當傳感器受振動力作用時,由于基座和質量塊的剛度相當大,而質量塊的質量相對較小,可以認為質量塊的慣性很小。因此質量塊經受到與基座相同的運動,并受到與加速度方向相反的慣性力的作用。這樣,質量塊有一正比于加速度的應變力作用在壓電晶片上。

                 壓電陶瓷的成型主要目的是制好粒的料壓結成所要求的預制尺寸的毛坯。排塑:目的是將制粒時加入的粘合劑從毛坯中除掉。燒結成瓷:將毛坯在高溫下密封燒結成瓷。此環節相當重要。

                 壓電陶瓷的外形加工:將燒好的制品磨加工到所需要的成品尺寸。被電極:在要求的陶瓷表面設置上導電電極。一般方法有銀層燒滲、化學沉積和真空鍍膜。高壓極化:使陶瓷內部電疇定向排列,從而使陶瓷具有壓電性能。

                 壓電陶瓷的老化測試,一般情況其陶瓷性能穩定后檢測各項指標,看是否達到了預期的性能要求。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35kV/mm,溫度100150°C,時間520min。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,其機電偶合系數可高達0.3130.694。

          壓電陶瓷的主要用途

          1、聲音轉換器聲音轉換器是常見的應用之一。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是電流通過壓電陶瓷的逆壓電效應產生振動,而發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,從而發出各種不同的聲音。例如電子音樂賀卡,是通過逆壓電效應把交流音頻電信號轉換為聲音信號。

          2、壓電打火機 煤氣灶上用的一種新式電子打火機,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。

          3、壓電引爆器 自從一次世界大戰中英軍發明了坦克,并在法國索姆河的戰斗中使用而重創了德軍后,坦克在多次戰斗中大顯身手。然而到了20世紀六七十年代,由于反坦克武器的發明,坦克失去了昔日的輝煌。反坦克炮發射出的穿甲彈接觸坦克,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為瞬間高電壓,爆發火花而引爆炸藥。





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