压电陶瓷因受力形变而产生电的效应,称为正压电效应。压电陶瓷因加电压而产生形变的效应,称为逆压电效应。
某些材料在一定温度范围内具有自发极化。而且其自发极化可以因外电场的作用而转向,材料的这种特性称为铁电性。压电陶瓷材料都是铁电材料。
由图可知,立方相时,正负电荷中心重合,不出现电极化;四方相时,因Ti4+沿C轴上移,O2-沿C轴下移,正负电荷中心不重合,出现了平行于C轴的电极化。
这种电极化不是由外电场产生,而是由晶体自身产生的,所以成为自发极化,其相变温度TC称为居里温度。
晶体中存在着自发极化方向不同的小区域,那些自发极化方向相同的区域称为电畴(黑色粗线为畴壁)。
对于自发极化而言,从宏观统计来看,晶体中存在着各个方向的自发极化,它们相互抵消,宏观上对外不呈现极性。
压电陶瓷所以具有压电效应,是由于陶瓷内部存在自发极化。这些自发极化经过极化工序处理而被迫取向排列后,陶瓷内即存在剩余极化强度。如果外界的作用(如压力或电场的作用)能使此极化强度发生变化,陶瓷就出现压电效应。
作为压电陶瓷的原材料,在晶体结构上一定是不具有对称中心的晶体,如氧化铅、氧化锆、氧化钛、碳酸钡、氧化铌、氧化镁、氧化锌等。
将这些原材料在高温下致密烧结,制成陶瓷,并将制好的陶瓷在直流高压电场下进行极化处理,才能成为压电陶瓷。
压电陶瓷的应用范围非常广泛,上至宇宙开发,下至家庭生活。大致可归纳为以下四方面:
