壓電陶瓷行業(yè)運行現(xiàn)狀與九大應用領域

?? ? ?1、行業(yè)概況

?? ? ?壓電陶瓷屬于電子陶瓷的一個分支，是利用壓電效應實現(xiàn)電能與機械能相互轉(zhuǎn)換的功能陶瓷。所謂壓電效應是指某些介質(zhì)在力的作用下產(chǎn)生形變，從而使介質(zhì)表面帶電，這是正壓電效應，反之，施加激勵電場，介質(zhì)將產(chǎn)生機械變形，稱逆壓電效應?？茖W家將這種奇妙的效應應用在與人們生活密切相關的許多領域，以實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換、傳感、驅(qū)動、頻率控制等功能。

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圖片源于網(wǎng)絡

?? ? ?壓電陶瓷具有結(jié)構(gòu)簡單，便于制作小型化、高速度、低功耗、高可靠的元器件，在現(xiàn)代光機電產(chǎn)品中占有十分重要的地位,世界各國元器件生產(chǎn)企業(yè)都在壓電陶瓷及其元器件的新產(chǎn)品、新技術、新工藝、新材料、新設備方面投入巨資進行研究開發(fā)。每年都有大量新型材料及元器件問世。近年來,在國家諸多重點科研計劃的支持和推動下,我國在壓電陶瓷材料及元器件的科學研究與產(chǎn)業(yè)化方面有很大發(fā)展,但總體來看,我國的電子信息產(chǎn)業(yè),特別是一些附加值高、技術含量高的新型電子信息產(chǎn)品和一些基礎電子產(chǎn)品的生產(chǎn)水平與發(fā)達國家相比仍存在很大差距,不少高端產(chǎn)品基本被國外的大公司控制，如德國愛普科斯(EPCOS)、PI公司，日本的村田、京都陶瓷，美國的摩根公司等近年來長驅(qū)直入中國市場，目前已占據(jù)了國內(nèi)壓電陶瓷器件，特別是新型高技術元器件市場相當大的份額，一些高端產(chǎn)品基本壟斷了中國市場，嚴重影響了我國的技術進步及產(chǎn)業(yè)升級。隨著電子光機電技術的高速發(fā)展，壓電陶瓷的應用領域正在迅速拓寬，對壓電陶瓷元器件提出了更高的要求。為了滿足這些要求,世界各國的大學、研究機構(gòu)和企業(yè)都在以信息技術為應用領域的功能陶瓷新材料、新工藝、新產(chǎn)品方面投入巨資進行研究開發(fā)。

?? ? ?2、壓電陶瓷的行業(yè)應用

?? ? ?壓電陶瓷是高技術的新型無機非金屬功能材料，隨著材料及工藝的不斷深入研究和改良，壓電陶瓷技術的應用愈來愈廣。壓電材料作為機、電、聲、光、熱敏感材料，在傳感器、執(zhí)行器、換能器、無損檢測和通訊技術等領域已獲得了廣泛的應用。隨著高新技術的發(fā)展，壓電陶瓷的應用必將越來越廣闊。

?? ? ?基礎材料是決定產(chǎn)品性能的關鍵因素。目前，耐高溫、耐高壓、高靈敏、低損耗壓電陶瓷材料是受到全球同行業(yè)者的公認的研究發(fā)展方向，其中無鉛壓電陶瓷材料的研究雖不乏其人，但是尚未達到實用化的水平，短期內(nèi)無法替代現(xiàn)有的含鉛壓電陶瓷。

?? ? ?移動互聯(lián)時代的到來，以及伴隨著其終端設備小型超薄化、高可靠及低功耗的需求的出現(xiàn)，為壓電陶瓷產(chǎn)品的應用發(fā)展提供了良好的契機。尤其是疊層型產(chǎn)品因其驅(qū)動電壓低、性能表現(xiàn)優(yōu)等特點，可制作成壓電受話器、喇叭揚聲器、手機背殼發(fā)聲系統(tǒng)、屏振發(fā)聲系統(tǒng)、MEMS 麥克風、壓高頻補償換能片等替代傳統(tǒng)產(chǎn)品，是移動通訊終端的最佳的選擇。產(chǎn)品的更薄型化是未來的趨勢。

?? ? ?壓電陶瓷器件不僅在工業(yè)和民用產(chǎn)品上用途十分廣泛，在軍事上也同樣獲得了大量的應用。如將壓電陶瓷做成水聲換能器，作為核潛艇的一雙明亮的“眼睛”，可以順利進行水下導航、通訊、偵察敵艦、清掃敵布水雷等工作；用壓電陶瓷做成的壓電引信，可以精確引燃引爆破甲彈等殺傷性武器；壓電微位移致動器在精密定位系統(tǒng)是不可缺少的關鍵元件；再如壓電陶瓷制作的壓電陀螺，是航空航天不可或缺的“舵手”等等。

?? ? ?壓電陶瓷的用途非常廣泛，下面列舉一些主要的應用說明如下：

?? ? ?（1）電聲換能器

?? ? ?電聲換能器主要用于各類報警器、骨傳導送話器、受話器、壓電喇叭等。

?? ? ?報警器可用于各類家電的報警、煙霧報警、汽車防盜報警、消防、個人安全報警等；骨傳導送話器是將人說話時耳骨的振動的語音信號轉(zhuǎn)換成電信號，從而將語音信號傳輸?shù)浇邮斩说男乱淮乖肼曀驮捚鳎壳叭毡疽延性擃愃{牙耳機；壓電受話器及喇叭具有超薄、低功耗等特性。

?? ? ?用于一般報警器的電聲換能器還沒替代產(chǎn)品，還是具有很大的市場，而高聲壓報警器在特殊環(huán)境的報警將有較大增量；隨著手提終端向超薄及低功耗發(fā)展，壓電受話器及喇叭將成為手提終端的最佳的選擇，具有很好的市場前景。

?? ? ?（2）超聲換能器

?? ? ?超聲換能器適用于超聲馬達、超聲霧化、聲波雷達、超聲波清洗、超聲焊接、超聲美容、超聲加工、超聲育種、遙測遙控、交通監(jiān)測、測距、檢漏、流量及熱量檢測、機器人成像信息采集等。

?? ? ?超聲波換能器目前無替代產(chǎn)品，其應用市場正在穩(wěn)固發(fā)展，特別是北方供暖將實行計量收費，因此熱量傳感器將有很大的市場。

?? ? ?（3）水聲換能器

?? ? ?在海戰(zhàn)中，最難對付的是潛艇，它能長期在海下潛航，神不知鬼不覺地偷襲港口、艦艇，使敵方大傷腦筋。如何尋找敵潛艇？靠眼睛不行，用雷達也不行，因為電磁波在海水里會急劇衰減，不能有效地傳遞信號，探測潛艇靠的是聲納-----水下耳朵。壓電陶瓷就是制造聲納的材料，它發(fā)出超聲波，遇到潛艇便反射回來，被接收后經(jīng)過處理，就可測出敵方潛艇的方位、距離等。這是國防技術不可缺少的應用，其發(fā)展在于增加發(fā)射功率及提高接受靈敏度，使探測距離得到充分提高。

?? ? ?（4）壓電減振系統(tǒng)

?? ? ?壓電減振系統(tǒng)可分為被動減振與主動減振。被動減振是在壓電陶瓷表面制備一層電阻膜，壓電陶瓷將振動或噪聲轉(zhuǎn)換成電能，電流通過電阻膜轉(zhuǎn)換成熱能，熱能通過導熱器導出而起到減振及降噪的作用；主動減振是將壓電陶瓷復合在需減振的物體上，將其振動波形轉(zhuǎn)換成相應的電壓信號，通過相位調(diào)整及放大加到耦合在振動件上的換能器做反向振動，從而抑制振動，達到減振的目的。這類應用目前應用不多，大部分還在試驗階段，如電腦降噪及一些軍用裝置需要的減振系統(tǒng)等，將有很好的市場前景。

?? ? ?（5）壓電致動元件

?? ? ?壓電陶瓷致動元件分單片橫向伸縮型、彎曲型、厚度疊層型、橫向疊層型、管型、鈸型等，廣泛用于航空航天、共軌噴油器、高速智能閥門、納米定位、精微加工、激光陀螺微位移補償系統(tǒng)、變形鏡的形變控制、硬盤驅(qū)動器(磁頭定位)、光學儀器(光軸調(diào)整、焦點調(diào)整)、壓電泵、針織提花系統(tǒng)、盲人閱讀器等。壓電致動元件技術難度大，目前國際上只有少數(shù)公司能做，中國起步較緩，目前電腦提花針織機已大量應用壓電致動元件，納米定位平臺及精微加工的微進給系統(tǒng)日趨成熟，攀特電陶已成為能制造全系列壓電致動元件的廠商之一，且國內(nèi)的應用正在逐步形成，預計未來能夠形成較大市場。

?? ? ?（6）壓電能量采集

?? ? ?壓電發(fā)電毯（日本已將壓電發(fā)電毯用于地鐵顯示牌的供電）、壓電發(fā)電鞋（在鞋底放置壓電能量采集裝置，行走時發(fā)電，可用于電池充電及鞋體發(fā)熱等）、肌肉發(fā)電（植入體內(nèi)電子裝置的供電）、混合動力及全電力汽車振動能量采集（既能提升減振效果，又能延長將采集的電能饋入電池節(jié)能）、海浪發(fā)電等。壓電陶瓷能量采集器用于生物電子裝置的永久電源，該項目已見報道，國內(nèi)也有研究機構(gòu)開始研究，這將使植入用電裝置的病人免于換電池的痛苦；汽車振動能量的回收也將成為全電力及混合動力汽車不可缺少的部件；我國有很長的海岸線，海浪發(fā)電也將成為最潔凈且成本較低的新型能源。

?? ? ?（7）壓電頻率器件

?? ? ?利用壓電陶瓷的諧振特性制成的諧振器、濾波器、陷波器等，用于頻率信號的產(chǎn)生與處理，該類產(chǎn)品曾經(jīng)是壓電陶瓷需求最大的領域之一，但由于數(shù)字電路的普遍應用，濾波器等頻率處理器件快速減少，所以其市場處于快速萎縮階段。

?? ? ?（8）壓電變壓器

?? ? ?壓電變壓器主要用于小電流，高電壓電源。當初研發(fā)的主要應用對象是筆記本電腦等液晶顯示器的背光源電源，但現(xiàn)在大多數(shù)已使用 LED 背光源，不再需要高壓低電流電源，所以現(xiàn)在只有部分小型電警棍及負離子發(fā)生器使用，暫時沒有大的應用市場。

?? ? ?（9）壓電引爆引燃元件反坦克炮發(fā)射出的穿甲彈接觸坦克，就會馬上爆炸，把坦克炸得粉碎。這是因為彈頭上裝有壓電陶瓷，它能把相碰時的強大機械力轉(zhuǎn)變?yōu)樗查g高電壓，爆發(fā)火花而引爆炸藥。現(xiàn)在煤氣灶及打火機，也是利用壓電陶瓷制成的，只要用手指壓一下打火按鈕，打火機上的壓電陶瓷就能產(chǎn)生高電壓，形成電火花而點燃煤氣，可以長久使用。所以壓電打火機不僅使用方便，安全可靠，而且壽命長，例如一種鈦酸鉛壓電陶瓷制成的打火機可使用 100 萬次以上。引爆引燃元件目前還沒更好的替代產(chǎn)品，應用市場穩(wěn)中有升。

?? ? ?文章來源：普華有策、電介質(zhì)Dielectrics。

?? ? ?轉(zhuǎn)載自：先進陶瓷材料

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