1947年,美國Roberts在BaTiO3陶瓷上,施加高壓進行極化處理,獲得了壓電陶瓷的電壓性,隨后,日本積極開展利用BaTiO3壓電陶瓷制作超聲換能器、高頻換能器、壓力傳感器、濾波器、諧振器等各種壓電器件的應用研究,這種研究一直進行到50年中期。
1955年,美國B.Jaffe等人發(fā)現(xiàn)了比BaTiO3壓電性更優(yōu)越的PZT壓電陶瓷,促使壓電器件的應用研究又大大地向前推進了一大步。BaTiO3時難于實用化的一些用途,特別是壓電陶瓷濾波器和諧振器,隨著PZT的問世,而迅速地實用化,應用聲表面波(SAW)的濾波器、延遲線和振蕩器等SAW器件,在七十年后期也取得了實化。
壓電元件一般由兩塊壓電晶片組成。在壓電晶片的兩個表面上鍍有電極,并引出引線。在壓電晶片上放置一個質(zhì)量塊,質(zhì)量塊一般采用比較大的金屬鎢或高比重的合金制成。然后用一硬彈簧或螺栓,螺帽對質(zhì)量塊預加載荷,整個組件裝在一個原基座的金屬殼體中。為了隔離試件的任何應變傳送到壓電元件上去,避免產(chǎn)生假信號輸出,所以一般要加厚基座或選用由剛度較大的材料來制造,殼體和基座的重量差不多占傳感器重量的一半。
根據(jù)不同的依據(jù),目前各種非鉛系壓電鐵電陶瓷體系劃分略有不同。綜合各種分類做如下歸納。鈣鈦礦結(jié)構(gòu)鈣鈦礦結(jié)構(gòu)名字來源于CaTiO3這種礦物的結(jié)構(gòu),其化學通式為ABO3,許多重要的壓電陶瓷(bao括鉛系和非鉛系的陶瓷)都是以鈣鈦礦結(jié)構(gòu)存在。
主要bao括鈦酸鋇( BaTiO3 )基(BT基)無鉛壓電陶瓷、鈦酸鉍鈉[(Bi0. 5Na0. 5 )TiO3]基(BNT基)無鉛壓電陶瓷和堿金屬鈮酸鉀鈉[(K,Na)NbO3]基(KNN基)無鉛壓電陶瓷。鎢青銅結(jié)構(gòu)此類晶體結(jié)構(gòu)與鈣鈦礦結(jié)構(gòu)類似(故在體系劃分時有時并不單獨列出)。
主要bao括以鈮酸鍶鋇(Sr1-xBaxNb2O6)系和鈮酸鋇鈉(NaBa2Nb5O15)系為表的無鉛壓電陶瓷。鉍層狀結(jié)構(gòu)此類壓電陶瓷為具有層狀結(jié)構(gòu)的化合物,是由鉍層狀結(jié)構(gòu)化合物層和鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的晶格層穿插交疊而成。
主要bao括以鈦酸鉍(Bi4Ti3O12)、鈦酸鉍鈣(CaBi4Ti4O15)和鈦酸鉍鍶(SrBi4Ti4O15)為表的鉍層狀結(jié)構(gòu)無鉛壓電陶瓷。