壓電陶瓷材料的應用與發(fā)展分析

賀興輝 王子維 陳冰倩

[摘要]隨著科學技術進步與發(fā)展，壓電陶瓷材料質(zhì)量不斷提升，并在實際中得到廣泛應用。壓電陶瓷材料的應用，對促進行業(yè)發(fā)展發(fā)揮著重要作用。基于此，本文中以壓電陶瓷材料為切入點，詳細分析其應用與發(fā)展趨勢，為相關研究提供借鑒，推動行業(yè)發(fā)展。

[關鍵詞]壓電陶瓷材料；應用現(xiàn)狀；發(fā)展趨勢 文章編號：2095-4085（2018）05-0001-02

壓電陶瓷是一種功能陶瓷材料，可以實現(xiàn)互相轉(zhuǎn)換機械能與電能的目的，提高工業(yè)效率與安全性。壓電陶瓷具有高智能型的新型功能電子材料，特別是隨著材料、工藝的發(fā)展與研究，壓電陶瓷材料在很多行業(yè)都有著廣泛應用。

1 壓電陶瓷材料現(xiàn)狀分析

壓電陶瓷材料根據(jù)獨立組元數(shù)據(jù)分成四大類，即一/二/三元系壓電陶瓷、多元系壓電陶瓷。一元系陶瓷鐵電體的典型代表就是BaTi03，其中含有鈣欽礦晶體結(jié)構(gòu)，本身并不溶于水、較大的機電耦合系數(shù)，且材料制備工藝簡單、成本普遍不高，也是壓電陶瓷材料中最初具有實用價值的一種。

為了提高壓電陶瓷的性能與質(zhì)量，人們發(fā)現(xiàn)Zn4+離子半徑類似于Ti4+離子半徑，因此兩種離子也具有相似的化學性能PbTiO3與PbZrO3可以以任何比例連續(xù)固溶體。隨著科學技術進步，壓電陶瓷材料種類更加豐富，有著更為廣闊的應用前景。

2 壓電陶瓷材料的主要種類

2.1 無鉛壓電陶瓷材料應用

日常生活中很多方面都在應用壓電陶瓷，極大程度方便人們使用及確保安全。截至目前，大部分國家依舊使用焊鉗壓電陶瓷，這類壓電陶瓷的最大特點就是含有60%以上的鉛。但要主要的是氧化鉛一種有毒物質(zhì)，氧化鉛同時還具有已發(fā)揮性，因此生產(chǎn)生活中都要小心使用，廢棄后要經(jīng)過專門處理，避免出現(xiàn)亂扔、亂丟情況，損害到生態(tài)穩(wěn)定，造成環(huán)境污染。特別是隨著社會經(jīng)濟發(fā)展，民眾的環(huán)保意識逐漸提高，相關法律法規(guī)、政策制度不斷完善，正在逐步禁止使用含鉛的電子產(chǎn)品。高溫燒結(jié)過程中會出現(xiàn)揮發(fā)氧化鉛的情況，即污染環(huán)境，又會造成陶瓷內(nèi)部計量比出現(xiàn)偏離，直接對材料性能產(chǎn)生影響。但隨著時間推移，無鉛壓電陶瓷材料逐漸被社會淘汰。

2.2 壓電薄膜材料應用

在20世紀80年代后期，我國已經(jīng)在壓電材料研究中，將研究的重點轉(zhuǎn)移為壓電薄膜研究，并將其作為重要的研究方向進行擴展。而壓電薄膜的研制成功不僅促進了熱釋電紅外探測器和隨機存取存儲器等科技的快速發(fā)展，而且壓電薄膜其還具有輕重量、小尺寸、工作電壓低、便于攜帶等優(yōu)點，同時，它還能與半導體集成電路兼容。

2.3 壓電厚膜材料的應用分析

20世紀90年代PZP壓電厚膜材料出現(xiàn)，這是一種多功能的新型材料，同時具備塊體材料與薄膜的優(yōu)勢，正常工作時電壓不高，還具有半導體集成電路兼容的優(yōu)勢。厚膜材料具有更加優(yōu)異的性能，因此很多設備制造中得到廣泛應用，大幅度提高設備性能，如微機械諧振器、高頻聲吶換能器及厚膜微致動器等。

2.4 壓電陶瓷-高聚物復合材料

壓電復合材料主要由高分子有機樹脂與無機壓電陶瓷兩者合成，它兼具了有機和無機壓電材料的雙重性能，甚至產(chǎn)生了兩相都沒有的新特性。而且改材料在便于進行機械加工的同時，還保持了壓電陶瓷所具有的良好的壓電性能，柔順性良好。因此，在制作過程中，可以根據(jù)實際需要，綜合兩相材料優(yōu)點，制作出性能良好的轉(zhuǎn)換器和傳感器，且制作出的機器靈敏度高，相較于普通的壓電陶瓷，更加適合進行水聲換能。另外，壓電復合材料對于其它類型超聲波換能器和傳感器的制作具有將強優(yōu)勢，現(xiàn)在很多國內(nèi)學者對其進行研究，在復合材料結(jié)構(gòu)和性能方面獲得了很多有益的基礎性研究，正致力于開發(fā)具有壓電復合材料的產(chǎn)品。

3 壓電陶瓷材料發(fā)展趨勢

壓電陶瓷材料的發(fā)展，主要體現(xiàn)在質(zhì)量提升與行業(yè)應用拓展兩方面上，在工業(yè)領域、建筑領域、航天領域等方面壓電陶瓷材料的研發(fā)都有著巨大壓力。按照我國當前經(jīng)濟發(fā)展趨勢，新能源發(fā)展以及環(huán)境保護是重要工作內(nèi)容。對以上問題的解決需要借助壓電陶瓷材料的功能。

提高對壓電陶瓷材料的利用率以及資源的回收利用成為行業(yè)發(fā)展的重要內(nèi)容。環(huán)境治理與壓電陶瓷材料研發(fā)雙管齊下才能有效改善我國當前的發(fā)展狀況。因此壓電陶瓷材料的研發(fā)還應該充分考慮材料的無毒無害、易于回收等多種條件。相信隨著相關學科技術水平進一步發(fā)展，將會有力帶動壓電陶瓷材料的發(fā)展與進步，市場上將會出現(xiàn)更多的符合現(xiàn)實需求且可以實現(xiàn)節(jié)能保護與降低成本的目的，為推動企業(yè)發(fā)展貢獻力量，進而為國民經(jīng)濟發(fā)展提供更多的支持。通過壓電陶瓷材料的研發(fā)與推廣，實現(xiàn)市場的進一步拓展，為相關企業(yè)創(chuàng)造一個良好的發(fā)展環(huán)境，進而充分發(fā)揮企業(yè)作用，帶動區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展。

4 結(jié)語

綜上所述，作為現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中的主要功能材料，壓電陶瓷憑借著眾多優(yōu)勢得到諸多高新產(chǎn)業(yè)的青睞，如電子技術、航空航天、生物研究等。相信隨著相關技術水平提高，壓電陶瓷材料質(zhì)量將會得到更大提升，并在更多行業(yè)中得到應用，通過自身優(yōu)勢推動材料發(fā)展。

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