壓電陶瓷行業(yè)運(yùn)行現(xiàn)狀與九大應(yīng)用領(lǐng)域

?? ? ?1、行業(yè)概況

?? ? ?壓電陶瓷屬于電子陶瓷的一個(gè)分支，是利用壓電效應(yīng)實(shí)現(xiàn)電能與機(jī)械能相互轉(zhuǎn)換的功能陶瓷。所謂壓電效應(yīng)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(yīng)，反之，施加激勵(lì)電場(chǎng)，介質(zhì)將產(chǎn)生機(jī)械變形，稱逆壓電效應(yīng)?？茖W(xué)家將這種奇妙的效應(yīng)應(yīng)用在與人們生活密切相關(guān)的許多領(lǐng)域，以實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換、傳感、驅(qū)動(dòng)、頻率控制等功能。

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圖片源于網(wǎng)絡(luò)

?? ? ?壓電陶瓷具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(jī)電產(chǎn)品中占有十分重要的地位,世界各國(guó)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(shù)、新工藝、新材料、新設(shè)備方面投入巨資進(jìn)行研究開(kāi)發(fā)。每年都有大量新型材料及元器件問(wèn)世。近年來(lái),在國(guó)家諸多重點(diǎn)科研計(jì)劃的支持和推動(dòng)下,我國(guó)在壓電陶瓷材料及元器件的科學(xué)研究與產(chǎn)業(yè)化方面有很大發(fā)展,但總體來(lái)看,我國(guó)的電子信息產(chǎn)業(yè),特別是一些附加值高、技術(shù)含量高的新型電子信息產(chǎn)品和一些基礎(chǔ)電子產(chǎn)品的生產(chǎn)水平與發(fā)達(dá)國(guó)家相比仍存在很大差距,不少高端產(chǎn)品基本被國(guó)外的大公司控制，如德國(guó)愛(ài)普科斯(EPCOS)、PI公司，日本的村田、京都陶瓷，美國(guó)的摩根公司等近年來(lái)長(zhǎng)驅(qū)直入中國(guó)市場(chǎng)，目前已占據(jù)了國(guó)內(nèi)壓電陶瓷器件，特別是新型高技術(shù)元器件市場(chǎng)相當(dāng)大的份額，一些高端產(chǎn)品基本壟斷了中國(guó)市場(chǎng)，嚴(yán)重影響了我國(guó)的技術(shù)進(jìn)步及產(chǎn)業(yè)升級(jí)。隨著電子光機(jī)電技術(shù)的高速發(fā)展，壓電陶瓷的應(yīng)用領(lǐng)域正在迅速拓寬，對(duì)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(guó)的大學(xué)、研究機(jī)構(gòu)和企業(yè)都在以信息技術(shù)為應(yīng)用領(lǐng)域的功能陶瓷新材料、新工藝、新產(chǎn)品方面投入巨資進(jìn)行研究開(kāi)發(fā)。

?? ? ?2、壓電陶瓷的行業(yè)應(yīng)用

?? ? ?壓電陶瓷是高技術(shù)的新型無(wú)機(jī)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(shù)的應(yīng)用愈來(lái)愈廣。壓電材料作為機(jī)、電、聲、光、熱敏感材料，在傳感器、執(zhí)行器、換能器、無(wú)損檢測(cè)和通訊技術(shù)等領(lǐng)域已獲得了廣泛的應(yīng)用。隨著高新技術(shù)的發(fā)展，壓電陶瓷的應(yīng)用必將越來(lái)越廣闊。

?? ? ?基礎(chǔ)材料是決定產(chǎn)品性能的關(guān)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(rèn)的研究發(fā)展方向，其中無(wú)鉛壓電陶瓷材料的研究雖不乏其人，但是尚未達(dá)到實(shí)用化的水平，短期內(nèi)無(wú)法替代現(xiàn)有的含鉛壓電陶瓷。

?? ? ?移動(dòng)互聯(lián)時(shí)代的到來(lái)，以及伴隨著其終端設(shè)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(yīng)用發(fā)展提供了良好的契機(jī)。尤其是疊層型產(chǎn)品因其驅(qū)動(dòng)電壓低、性能表現(xiàn)優(yōu)等特點(diǎn)，可制作成壓電受話器、喇叭揚(yáng)聲器、手機(jī)背殼發(fā)聲系統(tǒng)、屏振發(fā)聲系統(tǒng)、MEMS 麥克風(fēng)、壓高頻補(bǔ)償換能片等替代傳統(tǒng)產(chǎn)品，是移動(dòng)通訊終端的最佳的選擇。產(chǎn)品的更薄型化是未來(lái)的趨勢(shì)。

?? ? ?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(yīng)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(jìn)行水下導(dǎo)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(dòng)器在精密定位系統(tǒng)是不可缺少的關(guān)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(yīng)用說(shuō)明如下：

?? ? ?（1）電聲換能器

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

?? ? ?報(bào)警器可用于各類家電的報(bào)警、煙霧報(bào)警、汽車(chē)防盜報(bào)警、消防、個(gè)人安全報(bào)警等；骨傳導(dǎo)送話器是將人說(shuō)話時(shí)耳骨的振動(dòng)的語(yǔ)音信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，從而將語(yǔ)音信號(hào)傳輸?shù)浇邮斩说男乱淮乖肼曀驮捚?，目前日本已有該類藍(lán)牙耳機(jī)；壓電受話器及喇叭具有超薄、低功耗等特性。

?? ? ?用于一般報(bào)警器的電聲換能器還沒(méi)替代產(chǎn)品，還是具有很大的市場(chǎng)，而高聲壓報(bào)警器在特殊環(huán)境的報(bào)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(chǎng)前景。

?? ? ?（2）超聲換能器

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

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

?? ? ?（3）水聲換能器

?? ? ?在海戰(zhàn)中，最難對(duì)付的是潛艇，它能長(zhǎng)期在海下潛航，神不知鬼不覺(jué)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(dá)也不行，因?yàn)殡姶挪ㄔ诤Ｋ飼?huì)急劇衰減，不能有效地傳遞信號(hào)，探測(cè)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(lái)，被接收后經(jīng)過(guò)處理，就可測(cè)出敵方潛艇的方位、距離等。這是國(guó)防技術(shù)不可缺少的應(yīng)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(cè)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(dòng)減振與主動(dòng)減振。被動(dòng)減振是在壓電陶瓷表面制備一層電阻膜，壓電陶瓷將振動(dòng)或噪聲轉(zhuǎn)換成電能，電流通過(guò)電阻膜轉(zhuǎn)換成熱能，熱能通過(guò)導(dǎo)熱器導(dǎo)出而起到減振及降噪的作用；主動(dòng)減振是將壓電陶瓷復(fù)合在需減振的物體上，將其振動(dòng)波形轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電壓信號(hào)，通過(guò)相位調(diào)整及放大加到耦合在振動(dòng)件上的換能器做反向振動(dòng)，從而抑制振動(dòng)，達(dá)到減振的目的。這類應(yīng)用目前應(yīng)用不多，大部分還在試驗(yàn)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(chǎng)前景。

?? ? ?（5）壓電致動(dòng)元件

?? ? ?壓電陶瓷致動(dòng)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(mén)、納米定位、精微加工、激光陀螺微位移補(bǔ)償系統(tǒng)、變形鏡的形變控制、硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器(磁頭定位)、光學(xué)儀器(光軸調(diào)整、焦點(diǎn)調(diào)整)、壓電泵、針織提花系統(tǒng)、盲人閱讀器等。壓電致動(dòng)元件技術(shù)難度大，目前國(guó)際上只有少數(shù)公司能做，中國(guó)起步較緩，目前電腦提花針織機(jī)已大量應(yīng)用壓電致動(dòng)元件，納米定位平臺(tái)及精微加工的微進(jìn)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(dòng)元件的廠商之一，且國(guó)內(nèi)的應(yīng)用正在逐步形成，預(yù)計(jì)未來(lái)能夠形成較大市場(chǎng)。

?? ? ?（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(shí)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(dòng)力及全電力汽車(chē)振動(dòng)能量采集（既能提升減振效果，又能延長(zhǎng)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(xiàng)目已見(jiàn)報(bào)道，國(guó)內(nèi)也有研究機(jī)構(gòu)開(kāi)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(chē)振動(dòng)能量的回收也將成為全電力及混合動(dòng)力汽車(chē)不可缺少的部件；我國(guó)有很長(zhǎng)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(hào)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(lǐng)域之一，但由于數(shù)字電路的普遍應(yīng)用，濾波器等頻率處理器件快速減少，所以其市場(chǎng)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(dāng)初研發(fā)的主要應(yīng)用對(duì)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(fù)離子發(fā)生器使用，暫時(shí)沒(méi)有大的應(yīng)用市場(chǎng)。

?? ? ?（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(huì)馬上爆炸，把坦克炸得粉碎。這是因?yàn)閺楊^上裝有壓電陶瓷，它能把相碰時(shí)的強(qiáng)大機(jī)械力轉(zhuǎn)變?yōu)樗查g高電壓，爆發(fā)火花而引爆炸藥?，F(xiàn)在煤氣灶及打火機(jī)，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(jī)上的壓電陶瓷就能產(chǎn)生高電壓，形成電火花而點(diǎn)燃煤氣，可以長(zhǎng)久使用。所以壓電打火機(jī)不僅使用方便，安全可靠，而且壽命長(zhǎng)，例如一種鈦酸鉛壓電陶瓷制成的打火機(jī)可使用 100 萬(wàn)次以上。引爆引燃元件目前還沒(méi)更好的替代產(chǎn)品，應(yīng)用市場(chǎng)穩(wěn)中有升。

?? ? ?文章來(lái)源：普華有策、電介質(zhì)Dielectrics。

?? ? ?轉(zhuǎn)載自：先進(jìn)陶瓷材料

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