压电陶瓷原理及材料介绍

压电陶瓷具有敏感的特性，可以将极其微弱的机械振动转换成电信号。它实际上是一种经过极化处理的、具有压电效应的铁电陶瓷。所谓压电效应是指某些介质在受到机械压力时，哪怕这种压力微小得像声波振动那样小，都会产生压缩或伸长等形状变化，引起介质表面带电，这是正压电效应。反之，施加激励电场，介质将产生机械变形，称逆压电效应。也就是说，压电陶瓷具有机械能与电能之间的转换和逆转换的功能。19世纪末法国人发现了压电效应。20世纪40年代第一个压电陶瓷材料--钛酸钡出现。60年代到70年代，压电陶瓷不断改进，应用广泛。压电陶瓷材料通常做成长方体。当某一方向上的对应两面受到外力作用时，在压电陶瓷的这两面上就会出现电荷堆积，电量的大小与受力的大小成正比。此时压电陶瓷相当于一个以压电材料为介质的电容器。电容两端的开路电压U=Q/C，Q为极板上电荷量的大小，与所受外力成正比，一般电量Q很小，因此感应出的U也很小。电路检测检测出U的变化，就可以知道是否受到振动了。平时，压电陶瓷片无电压信号输出，继电器不动作，报警器不发声，报警器处于警戒状态。当外部产生机械振动声音，压电陶瓷片检测到振动声并将其变换成电压信号，此电压信号经放大后使继电器动作，继电器触点闭合，报警器电路接通，从而高声警报。

陶瓷电容的作用：

在大功率、高压领域使用的高压陶瓷电容器，要求具有小型、高耐压和频率特性好等特点。随着材料、电极和制造技术的进步，高压陶瓷电容器的发展有长足的进展，并取得广泛应用。高压陶瓷电容器已成为大功率高压电子产品不可缺少的元件之一。

高压陶瓷电容器的用途主要分为送电、配电系统的电力设备和处理脉冲能量的设备。

陶瓷电容用高介电常数的电容器陶瓷〈钛酸钡一氧化钛〉挤压成圆管、圆片或圆盘作为介质，并用烧渗法将银镀在陶瓷上作为电极制成。它又分高频瓷介和低频瓷介两种。

1880年，居里兄弟首先发现电气石的压电效应，从此开始了压电学的历史。

1881年，居里兄弟实验验证了逆压电效应，给出石英相同的正逆压电常数。

1894年，Voigt指出，仅无对称中心的二十种点群的晶体才有可能具有压电效应，石英是压电晶体的一种代表，它被取得应用。第一次世界大战，居里的继承人郎之万，最先利用石英的压电效应，制成了水下超声探测器，用于探测潜水艇，从而揭开了压电应用史篇章。

压电材料及其应用取得划时代的进展应归咎于第二次世界大战中发现了BaTiO3陶瓷，1947年，美国Roberts在BaTiO3陶瓷上，施加高压进行极化处理，获得了压电陶瓷的电压性，随后，日本积极开展利用BaTiO3压电陶瓷制作超声换能器、高频换能器、压力传感器、滤波器、谐振器等各种压电器件的应用研究，这种研究一直进行到50年代中期。

1955年，美国B.Jaffe等人发现了比BaTiO3压电性更优越的PZT压电陶瓷，促使压电器件的应用研究又大大地向前推进了一大步。BaTiO3时代难于实用化的一些用途，特别是压电陶瓷滤波器和谐振器，随着PZT的问世，而迅速地实用化，应用声表面波(SAW)的滤波器、延迟线和振荡器等SAW器件，在七十年代后期也取得了实用化。

80年代后期至今，人们研制出驰豫铁电体陶瓷材料，在此基础上有成功研制出驰豫铁电体单晶材料，为三维超声波成像奠定了基础。目前，人们将纳米技术应用到压电材料的制作工艺上已取得新的突破。

目前，世界各国正在大力研制开发无铅压电陶瓷，以保护环境和追求健康。

电子打火机的基本工作原理是：把一块压电材料块（晶体结构）一端接上一段细导线，此导线与在打火机出气口处的金属材料形成一个缺口，通过机械机构使撞击块的撞击时与气源开启同步。当撞击块以一定的冲击能量或力撞击压电材料块的另一端时，压电材料的内部分子就会强烈振动，并将振动能量传递到导线中。由于导线的截面积与压电材料块的截面积之比悬殊很大，在导线中分子的振动就有了很大的加强趋势。当导线的端点分子强烈的振动撞击缺口处的空气分子时，空气分子也就产生强烈振动。空气分子振动的运动轨迹就是我们看见的电火星（电弧光）。这些电火星（电弧光）实际上就是导线分子强烈振动并向打火机出气口处的金属材料传递能量时空气分子振动的运动轨迹，说明缺口处的空气分子振动很厉害。按照振动理论的说法振动强烈就是物质温度很高，当这个温度超过打火机内的液化气的燃点时，跑出来的气体就会被点燃，形成火焰，火焰就是剧烈振动着的气体物质分子影象。这就是打火机的基本工作原理，其他电子打火装置的道理与此相同。