壓電陶瓷是什么？

壓電陶瓷是一種具有壓電效應的多晶體。因生產工藝和陶瓷相近而得名。

整體看來，晶粒與晶粒的晶格方向不一定相同，排列是無規則的。這樣的結構稱其為多晶體。

壓電陶瓷的基本概念

no.1自發極化

120℃以下，BaTiO3晶體結構稍有畸變，為四方結構，Ba2+和Ti4+相對于O2-產生了一個位移，結果導致正負電荷中心不重合，產生了極化（自發極化），通常把這種轉變溫度稱為居里溫度或居里點（Tc）。

鐵電晶體中存在著自發極化方向不同的小區域，那些自發極化方向相同的區域稱為電疇（黑色粗線為疇壁）。

對于自發極化而言，從宏觀統計來看，晶體中存在著各個方向的自發極化，它們相互抵消，宏觀上對外不呈現極性。

no.2人工極化

人工極化就是在壓電陶瓷上加一足夠高的直流電場，并保持一定的溫度和時間，迫使其電疇轉向，或者說迫使其自發極化作定向排列。下圖示意陶瓷中電疇在極化處理前后的變化情況。

no.3鐵電陶瓷

某些材料在一定溫度范圍內具有自發極化。而且其自發極化可以因外電場的作用而轉向，材料的這種特性稱為鐵電性。具有這種特性的陶瓷材料稱為鐵電陶瓷。

Ps單個電疇的極化強度；Pr剩余極化強度；Ec矯頑電場。

壓電效應

壓電效應是指某些介質在力的作用下，產生形變，引起介質表面帶電，這是正壓電效應。反之，施加激勵電場，介質將產生機械變形，稱逆壓電效應。

no.1正壓電效應本質

機械作用引起介質極化。

正壓電效應將機械力轉換為電能，如點火裝置，拾音器等，是機電換能器 。

壓電陶瓷點火示意圖

no.2逆壓電效應的本質

電場作用引起介質極化。

逆壓電效應主要用于壓電蜂鳴器，如音樂賀卡、門鈴和揚聲器等。 

壓電蜂鳴器工作示意圖

壓電陶瓷的壓電效應機理與石英晶體大不相同，未經極化處理的壓電陶瓷材料是不會產生壓電效應的。壓電陶瓷經極化處理后，剩余極化強度會使與極化方向垂直的兩端出現束縛電荷（一端為正，另一端為負），由于這些束縛電荷的作用在陶瓷的兩個表面吸附一層來自外界的自由電荷，并使整個壓電陶瓷片呈電中性。

并非所有的陶瓷都具有壓電效應。作為壓電陶瓷的原材料，在晶體結構上一定是不具有對稱中心的晶體，如氧化鉛、氧化鋯、氧化鈦、碳酸鋇、氧化鈮、氧化鎂、氧化鋅等。

在32種點群的晶體中，只有20種非中心對稱點群的晶體才有壓電效應。

將這些原材料在高溫下致密燒結，制成陶瓷，并將制好的陶瓷在直流高壓電場下進行極化處理，才能成為壓電陶瓷。

常用的壓電陶瓷有鈦酸鋇、鈦酸鉛、鋯鈦酸鉛以及三元系壓電陶瓷等。