地震預測一直是科學中的高端技術,而且預知的準確度到現(xiàn)在還不高,不然也不會出現(xiàn)大量人員傷亡的情況了。即使是在地震預測水平最高的日本,一次大的地震也能導致1萬多人遇難。而地震儀的制作一直是地震界和科學界的同等大事。其中有一種是用壓電陶瓷制作的壓電地震儀,能精確地測出地震強度,指示出地震的方位和距離。這不能不說是壓電陶瓷的一大奇功。
壓電陶瓷,一種能夠將機械能和電能互相轉換的功能陶瓷材料,屬于無機非金屬材料。這是一種具有壓電效應的材料。所謂壓電效應是指某些介質在力的作用下,產(chǎn)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(chǎn)生機械變形,稱逆壓電效應。這種奇妙的效應已經(jīng)被科學家應用在與人們生活密切相關的許多領域,以實現(xiàn)能量轉換、傳感、驅動、頻率控制等功能。在能量轉換方面,利用壓電陶瓷將機械能轉換成電能的特性,可以制造出壓電點火器、移動X光電源、炮彈引爆裝置。電子打火機中就有壓電陶瓷制作的火石,打火次數(shù)可在100萬次以上。用壓電陶瓷把電能轉換成超聲振動,可以用來探尋水下魚群的位置和形狀,對金屬進行無損探傷,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,對塑料甚至金屬進行加工。壓電陶瓷在電場作用下產(chǎn)生的形變量很小,最多不超過本身尺寸的千萬分之一,別小看這微小的變化,基于這個原理制做的精確控制機構--壓電驅動器,對于精密儀器和機械的控制、微電子技術、生物工程等領域都是一大福音。諧振器、濾波器等頻率控制裝置,是決定通信設備性能的關鍵器件,壓電陶瓷在這方面具有明顯的優(yōu)越性。它頻率穩(wěn)定性好,精度高及適用頻率范圍寬,而且體積小、不吸潮、壽命長,特別是在多路通信設備中能提高抗干擾性,使以往的電磁設備無法望其項背而面臨著被替代的命運。
某些材料在機械應力作用下,引起內部正負電荷中心相對位移而發(fā)生極化,導致材料兩端表面出現(xiàn)符號相反的束縛電荷的現(xiàn)象,稱為壓電效應。具有這種性能的陶瓷成為壓電陶瓷,他的表面電荷的密度與所受的機械應力成正比。反之,當這類材料在外電場的作用下,其內部正負電荷中心位移,又可導致材料機械變形,形變的大小與電場強度成正比。
壓電陶瓷的應用范圍非常廣泛,而且與人類的生活密切相關。其應用大致可歸納為以下四方面。
(1)能量轉換。壓電陶瓷可以將機械能轉換為電能,故可用于制造壓電打火機、壓電點火機、移動X光機電源、炮彈引爆裝置等。用壓電陶瓷也可以把電能轉換為超聲振動,用于探尋水下魚群,對金屬進行無損探傷,以及超聲清洗、超聲醫(yī)療等。
(2)傳感。用壓電陶瓷制成的傳感器可用來檢測微弱的機械振動并將其轉換為電信號,可應用于聲納系統(tǒng)、氣象探測、遙感遙測、環(huán)境保護、家用電器等。
(3)驅動。壓電驅動器是利用壓電陶瓷的逆壓電效應產(chǎn)生形變,以精確地控制位移,可用于精密儀器與精密機械、微電子技術、光纖技術及生物工程等領域。
(4)頻率控制。壓電陶瓷還可以用來制造各種濾、