壓電陶瓷換能器原理解釋和材料分析

壓電陶瓷換能片的原理是，當壓力或張力施加到陶瓷片上時(shí)，在陶瓷片的兩端會(huì )產(chǎn)生極性相反的電荷，并通過(guò)電路產(chǎn)生電流。這種效應稱(chēng)為壓電效應。如果由這種壓電陶瓷制成的換能器被放入水中，那么在聲波的作用下，在換能器的兩端會(huì )感應出電荷，這是聲波接收器。此外，壓電效應是可逆的. 如果交變電場(chǎng)施加到壓電陶瓷片上，陶瓷片會(huì )不時(shí)變得越來(lái)越薄和厚，同時(shí)產(chǎn)生振動(dòng)并發(fā)出聲波。因此，解決了超聲波發(fā)射器的問(wèn)題。

　　 壓電陶瓷換能器有兩種材料:磁致伸縮金屬和壓電陶瓷。本文的目的是設計用于大功率機械超聲加工的換能器，因此只討論壓電陶瓷換能器。壓電陶瓷換能器作為一種能量傳輸網(wǎng)絡(luò )，存在能量轉換效率問(wèn)題。轉換效率與換能器材料、振動(dòng)形式、機械振動(dòng)系統(包括支撐機構)的結構以及工作頻率的選擇有關(guān)。因此，在超聲換能器的設計中，應該考慮各種因素，如聲阻抗、頻率響應、阻抗匹配、聲學(xué)結構、振動(dòng)模式和轉換材料，以及如何設計和協(xié)調這些因素，以使電聲轉換達到最佳值。

壓電陶瓷換能器是一種具有壓電特性的電子陶瓷材料，與不含鐵電成分的典型壓電石英晶體的主要區別在于，構成其主要成分的晶相都是鐵電晶粒. 因為陶瓷是具有隨機取向晶粒的多晶聚集體，所以每個(gè)鐵電晶粒的自發(fā)極化矢量也是迷失方向的. 為了使陶瓷表現出宏觀(guān)壓電特性，壓電陶瓷必須在燒制后在強直流電場(chǎng)中極化，端面經(jīng)受多個(gè)電極，從而原始無(wú)序取向的極化矢量?jì)?yōu)先取向于電場(chǎng)方向，電場(chǎng)消除后，極化處理后的壓電陶瓷將保持一定的宏觀(guān)殘余極化強度，從而使陶瓷具有一定的壓力。