壓電地震儀的最新制作材料——壓電陶瓷

地震預(yù)測(cè)一直是科學(xué)中的高端技術(shù)，而且預(yù)知的準(zhǔn)確度到現(xiàn)在還不高，不然也不會(huì)出現(xiàn)大量人員傷亡的情況了。即使是在地震預(yù)測(cè)水平最高的日本，一次大的地震也能導(dǎo)致1萬(wàn)多人遇難。而地震儀的制作一直是地震界和科學(xué)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(cè)出地震強(qiáng)度，指示出地震的方位和距離。這不能不說(shuō)是壓電陶瓷的一大奇功。

壓電陶瓷，一種能夠?qū)C(jī)械能和電能互相轉(zhuǎn)換的功能陶瓷材料，屬于無(wú)機(jī)非金屬材料。這是一種具有壓電效應(yīng)的材料。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，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(chǎng)，介質(zhì)將產(chǎn)生機(jī)械變形，稱(chēng)逆壓電效應(yīng)。這種奇妙的效應(yīng)已經(jīng)被科學(xué)家應(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。在能量轉(zhuǎn)換方面，利用壓電陶瓷將機(jī)械能轉(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。電子打火機(jī)中就有壓電陶瓷制作的火石，打火次數(shù)可在100萬(wàn)次以上。用壓電陶瓷把電能轉(zhuǎn)換成超聲振動(dòng)，可以用來(lái)探尋水下魚(yú)群的位置和形狀，對(duì)金屬進(jìn)行無(wú)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。壓電陶瓷在電場(chǎng)作用下產(chǎn)生的形變量很小，最多不超過(guò)本身尺寸的千萬(wàn)分之一，別小看這微小的變化，基于這個(gè)原理制做的精確控制機(jī)構(gòu)--壓電驅(qū)動(dòng)器，對(duì)于精密儀器和機(jī)械的控制、微電子技術(shù)、生物工程等領(lǐng)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(shè)備性能的關(guān)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(zhǎng)，特別是在多路通信設(shè)備中能提高抗干擾性，使以往的電磁設(shè)備無(wú)法望其項(xiàng)背而面臨著被替代的命運(yùn)。

某些材料在機(jī)械應(yīng)力作用下，引起內(nèi)部正負(fù)電荷中心相對(duì)位移而發(fā)生極化，導(dǎo)致材料兩端表面出現(xiàn)符號(hào)相反的束縛電荷的現(xiàn)象，稱(chēng)為壓電效應(yīng)。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(jī)械應(yīng)力成正比。反之，當(dāng)這類(lèi)材料在外電場(chǎng)的作用下，其內(nèi)部正負(fù)電荷中心位移，又可導(dǎo)致材料機(jī)械變形，形變的大小與電場(chǎng)強(qiáng)度成正比。

壓電陶瓷的應(yīng)用范圍非常廣泛，而且與人類(lèi)的生活密切相關(guān)。其應(yīng)用大致可歸納為以下四方面。

（1）能量轉(zhuǎn)換。壓電陶瓷可以將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能，故可用于制造壓電打火機(jī)、壓電點(diǎn)火機(jī)、移動(dòng)X光機(jī)電源、炮彈引爆裝置等。用壓電陶瓷也可以把電能轉(zhuǎn)換為超聲振動(dòng)，用于探尋水下魚(yú)群，對(duì)金屬進(jìn)行無(wú)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(lái)檢測(cè)微弱的機(jī)械振動(dòng)并將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，可應(yīng)用于聲納系統(tǒng)、氣象探測(cè)、遙感遙測(cè)、環(huán)境保護(hù)、家用電器等。

（3）驅(qū)動(dòng)。壓電驅(qū)動(dòng)器是利用壓電陶瓷的逆壓電效應(yīng)產(chǎn)生形變，以精確地控制位移，可用于精密儀器與精密機(jī)械、微電子技術(shù)、光纖技術(shù)及生物工程等領(lǐng)域。

（4）頻率控制。壓電陶瓷還可以用來(lái)制造各種濾、