什么是壓電陶瓷呢?其實(shí)它是一能夠?qū)C(jī)械能和電能互相轉(zhuǎn)換的功能陶瓷材料.所謂壓電效應(yīng)是指某些介質(zhì)在受到機(jī)械壓力時(shí),哪怕這種壓力微小得像聲波振動(dòng)那樣小,都會(huì)產(chǎn)生壓縮或伸長等形狀變化,引起介質(zhì)表面帶電,這是正壓電效應(yīng).反之,施加激勵(lì)電場,介質(zhì)將產(chǎn)生機(jī)械變形,稱逆壓電效應(yīng).
    1880年法國人居里兄弟發(fā)現(xiàn)了"壓電效應(yīng)".1942年,第一個(gè)壓電陶瓷材料--鈦酸鋇先后在美國、前蘇聯(lián)和日本制成.1947年,鈦酸鋇拾音器--第一個(gè)壓電陶瓷器件誕生了.50年代初,又一種性能大大優(yōu)于鈦酸鋇的壓電陶瓷材料--鋯鈦酸鉛研制成功.從此,壓電陶瓷的發(fā)展進(jìn)入了新的階段.60年代到70年代,壓電陶瓷不斷改進(jìn),逐趨完美.如用多種元素改進(jìn)的鋯鈦酸鉛二元系壓電陶瓷,以鋯鈦酸鉛為基礎(chǔ)的三元系、四元系壓電陶瓷也都應(yīng)運(yùn)而生.這些材料性能優(yōu)異,制造簡單,成本低廉,應(yīng)用廣泛.
    利用壓電陶瓷將外力轉(zhuǎn)換成電能的特性,可以制造出壓電點(diǎn)火器、移動(dòng)X光電源、炮彈引爆裝置.用兩個(gè)直徑3毫米、高5毫米的壓電陶瓷柱取代普通的火石,可以制成一種可連續(xù)打火幾萬次的氣體電子打火機(jī).用壓電陶瓷把電能轉(zhuǎn)換成超聲振動(dòng),可以用來探尋水下魚群的位置和形狀,對(duì)金屬進(jìn)行無損探傷,以及超聲清洗、超聲醫(yī)療,還可以做成各種超聲切割器、焊接裝置及烙鐵,對(duì)塑料甚至金屬進(jìn)行加工.
    壓電陶瓷對(duì)外力的敏感使它甚至可以感應(yīng)到十幾米外飛蟲拍打翅膀?qū)諝獾臄_動(dòng),并將極其微弱的機(jī)械振動(dòng)轉(zhuǎn)換成電信號(hào).利用壓電陶瓷的這一特性,可應(yīng)用于聲納系統(tǒng)、氣象探測、遙測環(huán)境保護(hù)、家用電器等方面.
    如今壓電陶瓷已經(jīng)被科學(xué)家應(yīng)用到國防建設(shè)、科學(xué)研究、工業(yè)生產(chǎn)以及和人民生活密切相關(guān)的許多領(lǐng)域中,成為信息時(shí)代的多面手.
    在航天領(lǐng)域,壓電陶瓷制作的壓電陀螺,是在太空中飛行的航天器、人造衛(wèi)星的"舵".依靠"舵",航天器和人造衛(wèi)星,才能保證其既定的方位和航線.傳統(tǒng)的機(jī)械陀螺,壽命短,精度差,靈敏度也低,不能很好滿足航天器和衛(wèi)星系統(tǒng)的要求.而小巧玲瓏的壓電陀螺靈敏度高,可靠性好.
    在潛入深海的潛艇上,都裝有人稱水下偵察兵的聲納系統(tǒng).它是水下導(dǎo)航、通訊、偵察敵艦、清掃敵布水雷的不可缺少的設(shè)備,也是開發(fā)海洋資源的有力工具,它可以探測魚群、勘查海底地形地貌等.在這種聲納系統(tǒng)中,有一雙明亮的"眼睛"--壓電陶瓷水聲換能器.當(dāng)水聲換能器發(fā)射出的聲信號(hào)碰到一個(gè)目標(biāo)后就會(huì)產(chǎn)生反射信號(hào),這個(gè)反射信號(hào)被另一個(gè)接收型水聲換能器所接收,于是,就發(fā)現(xiàn)了目標(biāo).目前,壓電陶瓷是制作水聲換能器的最佳材料之一.
    在醫(yī)學(xué)上,醫(yī)生將壓電陶瓷探頭放在人體的檢查部位,通電后發(fā)出超聲波,傳到人體碰到人體的組織后產(chǎn)生回波,然后把這回波接收下來,顯示在熒光屏上,醫(yī)生便能了解人體內(nèi)部狀況.
    在工業(yè)上,地質(zhì)探測儀里有壓電陶瓷元件,用它可以判斷地層的地質(zhì)狀況,查明地下礦藏.還有電視機(jī)里的變壓器--電壓陶瓷變壓器,它體積變小、重量減輕,效率可達(dá)60%~80%,能耐住3萬伏的高壓,使電壓保持穩(wěn)定,完全消除了電視圖象模糊變形的缺陷.現(xiàn)在國外生產(chǎn)的電視機(jī)大都采用了壓電陶瓷變壓器.一只15英寸的顯像管,使用75毫米長的壓電陶瓷變壓器就行了.這樣就使電視機(jī)體積變小、重量減輕了.
    壓電陶瓷也廣泛用于日常生活中.用了兩個(gè)直徑3毫米、高5毫米的壓電陶瓷柱取代了普通的火石制成的氣體電子打火機(jī),可連續(xù)打火幾萬次.利用同一原理制成的電子點(diǎn)是點(diǎn)燃煤氣爐極好的用具.還有一種用壓電陶瓷元件制作的兒童玩具,比如在玩具小狗的肚子中安裝壓電陶瓷制作的蜂鳴器,玩具都會(huì)發(fā)出逼真有趣的聲音.
    隨著高新技術(shù)的發(fā)展,壓電陶瓷的應(yīng)用必將越來越廣闊.除了用于高科技領(lǐng)域,它更多的是在日常生活中為人們眼務(wù),為人們創(chuàng)造更美好的生活.
多層壓電陶瓷變壓器(MPT)是20世紀(jì)50年代開始研制,并于70年代發(fā)展起來的新型電子變壓器,隨著新型壓電陶瓷材料的出現(xiàn),如鈦鋯酸鉛等高壓電常數(shù)、高Kp和高Qm,MPT的發(fā)展突飛猛進(jìn),具有傳統(tǒng)的線繞變壓器不可比擬的優(yōu)點(diǎn).以MPT為核心電子器件的逆變器,也將是未來液晶顯示背景光源的主流.
                        
                        關(guān)鍵詞:多層壓電陶瓷變壓器(MPT),逆變器(INVERTER)  
                        一﹑多層壓電陶瓷變壓器與線繞變壓器的比較  
                            
                        采用多層壓電陶瓷材料制成的MPT被業(yè)內(nèi)人士稱為繼傳統(tǒng)線繞變壓器及脈沖變壓器之后的“第三代”電子變壓器.電子變壓器是電子電路中的重要元件,起著絕緣﹑隔離﹑電壓/電流轉(zhuǎn)換﹑信號(hào)傳輸?shù)戎匾饔?
                        
                            
                        壓電陶瓷變壓器的種類繁多,最常用的是升壓壓電陶瓷變壓器,工作原理:輸入壓電片的電振動(dòng)能量通過逆壓電效應(yīng)轉(zhuǎn)換成機(jī)械振動(dòng)能,再通過正壓電效應(yīng)轉(zhuǎn)換成電能,在能量的這兩次轉(zhuǎn)換中實(shí)現(xiàn)阻抗變換,從而在壓電片的諧振頻率上獲得高的電壓輸出,即采用的是電＿機(jī)＿電能量轉(zhuǎn)換原理,在驅(qū)動(dòng)端輸入一個(gè)與MPT諧振頻率一致的正弦交變電壓,壓電振子產(chǎn)生振動(dòng),傳導(dǎo)到輸出端,產(chǎn)生連續(xù)的正弦電壓.MPT實(shí)際上是一種壓電陶瓷振子,利用壓電陶瓷作為振動(dòng)能量的傳遞,使輸入和輸出兩端間的電壓發(fā)生變化的器件.采用多層結(jié)構(gòu)后,每一單層厚度和層數(shù)可調(diào),驅(qū)動(dòng)電壓不在受限制,因而可以使壓電變壓器總是工作在最佳狀態(tài).同時(shí),由于結(jié)構(gòu)簡單,更易于批量生產(chǎn).
                        
                          
                        線繞變壓器是由一個(gè)公共鐵氧體磁芯和繞在其上的多個(gè)線圈組成.能量轉(zhuǎn)換發(fā)生在介于磁通量和磁場之間的磁芯中,采用的是電＿磁＿電能量轉(zhuǎn)換原理.變壓器的電壓增益可以通過次級(jí)線圈和初級(jí)線圈之間的匝數(shù)比N2/N1來確定.
                        
                          
                        通過對(duì)兩種變壓器的工作原理分析,可以看出,線繞變壓器的鐵芯平面正交于線圈平面,構(gòu)成立方體,因此很難在幾何尺寸上有所突破,尤其是在厚度,目前,線繞變壓器的最小厚度約為7~8毫米.MPT的電能和機(jī)械能是在同一平面上進(jìn)行轉(zhuǎn)換,因此,可以做得很薄,由我司生產(chǎn)的MPT,厚度為3毫米,這是線繞變壓器難以達(dá)到的尺寸.
                        
                           MPT的主要技術(shù)特點(diǎn):  
                        1. 厚度一般不超過4毫米.  
                        2. 轉(zhuǎn)換效率高,可達(dá)95%以上.  
                        3. 具有負(fù)載短路自動(dòng)截止工作的自保護(hù)特性  
                        4. 可實(shí)現(xiàn)零電壓﹑零電流轉(zhuǎn)換.  
                        5. 對(duì)于低阻負(fù)載具有準(zhǔn)恒流輸出特性.  
                        6. 無反峰壓﹑可靠保護(hù)功率放大電路.  
                        7. 無電磁干擾.  
                        8. 無線圈擊穿﹑霉斷  
                        9. 抗鹽霧﹑耐候性好,尤其適于海洋性氣候.  
                        10. 溫升低.  
                        綜上所述,MPT具有效率高﹑體積小﹑厚度薄﹑無電磁干擾﹑回路簡單﹑重量輕﹑升壓比高﹑正弦運(yùn)行﹑高激發(fā)電壓﹑不可燃等優(yōu)點(diǎn),應(yīng)用領(lǐng)域和市場需求非常巨大.但是,線繞變壓器雖然厚﹑重﹑低效,但它也具有成本低﹑負(fù)載范圍大的優(yōu)勢.