不僅口罩機(jī)急缺它，這10大應(yīng)用市場(chǎng)幾乎都離不開它
近期有多家企業(yè)緊急投產(chǎn)口罩機(jī)，隨之帶來(lái)的是口罩機(jī)關(guān)鍵原材料和核心配件的需求增加，上游的零部件供應(yīng)緊張，價(jià)格亦隨之上漲。據(jù)悉，超聲波電源、超聲波換能器、焊頭被稱為口罩機(jī)的三大件，由于超聲波換能器的主要元件——壓電陶瓷片緊缺，換能器隨之漲價(jià)。據(jù)悉，部分超聲波焊接部件的價(jià)格甚至比平時(shí)貴了7倍。
壓電陶瓷是電子功能陶瓷中的一大類材料，它的基本特性是能進(jìn)行電能與機(jī)械能的相互轉(zhuǎn)換，可制成無(wú)線電元件、電聲元件、超聲換能元件、引燃引爆元件等，具有十分廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。
常用的壓電陶瓷有鈦酸鋇系、鋯鈦酸鉛二元系及在二元系中添加第三種ABO3(A表示二價(jià)金屬離子，B表示四價(jià)金屬離子或幾種離子總和為正四價(jià)）型化合物，如：Pb(Mn1/3Nb2/3）O3和Pb(Co1/3Nb2/3）O3等組成的三元系。如果在三元系統(tǒng)上再加入第四種或更多的化合物，可組成四元系或多元系壓電陶瓷。以下是壓電陶瓷的部分用途及市場(chǎng)情況。
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。目前需求大增的口罩機(jī)中，超聲波換能器就是其急缺的核心部件。
3、壓電水聲換能器
水聲換能器在軍事方面和民用領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用，對(duì)尤其是海洋石油勘探方面的海底資源探索十分重要。許多國(guó)家都在對(duì)民用水聲設(shè)備進(jìn)行大力研發(fā)，目的是使海洋開發(fā)事業(yè)的發(fā)展進(jìn)程加快。目前，應(yīng)用最廣泛的一種水聲換能器是壓電水聲換能器，它的原理是利用壓電效應(yīng)實(shí)現(xiàn)電信號(hào)與水聲信號(hào)的相互轉(zhuǎn)換。
壓電水聲換能器分為接收型和發(fā)射型，前者先將聲能向機(jī)械能進(jìn)行轉(zhuǎn)換，再將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能；后者先把電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，再向聲能進(jìn)行轉(zhuǎn)換。而實(shí)際應(yīng)用中經(jīng)常兼有兩種功能。壓電陶瓷用于完成水聲信號(hào)的接收和發(fā)射，其材料性能很大程度上決定了壓電水聲換能器的器件性能。因此，高性能的收發(fā)兼用的壓電陶瓷振子的研發(fā)不僅對(duì)加強(qiáng)我國(guó)海軍的作戰(zhàn)裝備實(shí)力具有現(xiàn)實(shí)意義，而且對(duì)海洋資源的開發(fā)也具有積極意義。
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、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)起步較晚，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，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(dòng)能量的回收也將成為全電力及混合動(dòng)力汽車不可缺少的部件；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。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。
8、壓電加速度傳感器
壓電加速度傳感器作為測(cè)量工具，主要用在控制系統(tǒng)和檢測(cè)系統(tǒng)，是一種小型的慣性傳感器。加速度傳感器隨著微電子技術(shù)、傳感器技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的出現(xiàn)和進(jìn)步得到了飛快的發(fā)展。質(zhì)量塊施加在壓電元件上的力隨著傳感器受振而變化，這個(gè)力的變化在被測(cè)對(duì)象的震動(dòng)頻率與傳感器固有頻率相差較大時(shí)與被測(cè)對(duì)象的加速度成正比。利用壓電效應(yīng)，傳感器可以將這個(gè)力的變化轉(zhuǎn)換為電荷信號(hào)，再經(jīng)過(guò)放大、檢測(cè)電路就可以將處理過(guò)的信號(hào)輸出給指示儀表。
9、壓電陶瓷變壓器
機(jī)械能和電能之間的轉(zhuǎn)換即為壓電陶瓷變壓器的原理。Rosen等人早在20世紀(jì)50年代就提出了Rosen型壓電變壓器，與傳統(tǒng)的電磁變壓器相比，具有體積小、輸出波形好以及不引起電磁干擾等優(yōu)點(diǎn)。它主要工作在諧振狀態(tài)下，是縱向振動(dòng)模式的典型。
10、片式壓電陶瓷濾波器
片式壓電陶瓷濾波器應(yīng)用頻率范圍很寬，它和LC濾波器相比，具有穩(wěn)定性較高和小型化等特點(diǎn)。二十世紀(jì)九十年代，出現(xiàn)了由輸入輸出電極和層疊的壓電陶瓷薄片構(gòu)成的多層壓電陶瓷濾波器，該類型濾波器是利用多層陶瓷電容器的制造技術(shù)所研制。其內(nèi)部電極沿與陶瓷層垂直的方向排列，相鄰的電極被陶瓷層分開。當(dāng)內(nèi)電極組被施加電壓時(shí)，由于逆壓電效應(yīng)，會(huì)在陶瓷內(nèi)部產(chǎn)生振動(dòng)并在電極組的輸出部分產(chǎn)生信號(hào)輸出。該器件具有小雜散輸出和高頻率等優(yōu)點(diǎn)，并且能滿足表貼的封裝要求。最重要的是，改變?yōu)V波器的頻率不用改變陶瓷材料，只需改變多層陶瓷生瓷片的厚度即可。
關(guān)于壓電陶瓷的制備
壓電陶瓷的主要制備工序有：組成配料、預(yù)燒合成、粉體加工、成形、燒成、覆電極、極化、檢測(cè)等。在壓電陶瓷的生產(chǎn)中，每一道工序所用設(shè)備、工藝參數(shù)對(duì)最終產(chǎn)品質(zhì)量都有很大影響。
對(duì)粉體加工而言，合成料的粉碎顆粒度及其粒徑分布范圍對(duì)壓電陶瓷產(chǎn)品的綜合性能影響很大，通常，粉體粉碎粒徑小、顆粒分布范圍窄對(duì)壓電陶瓷產(chǎn)品性能有利。
許多壓電陶瓷超聲換能產(chǎn)品，如超聲波水聲探測(cè)、超聲波無(wú)損探傷、超聲波焊接、超聲波霧化等換能元件，大多采用干壓成形，成形所用的壓電陶瓷造粒粉體的填充性能對(duì)成形質(zhì)量影響很大，理想的干壓成形粉體是松裝密度高、流動(dòng)性好、得到的壓制坯體和燒成瓷體都具有較高的體積密度。如何獲得良好的壓電陶瓷粉體
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參考來(lái)源：
鄭陽(yáng)：PZT基壓電陶瓷的低溫?zé)Y(jié)及其應(yīng)用，電子科技大學(xué)
蔡曉峰等：超聲換能壓電陶瓷粉體加工研究，佛山市中國(guó)科學(xué)院上海硅酸鹽研究所陶瓷研發(fā)中心
2019-2025年壓電陶瓷行業(yè)重點(diǎn)企業(yè)與投資前景預(yù)測(cè)報(bào)告，普華有策