压电陶瓷晶片的材料特性与工作原理

压电陶瓷晶片的主要成分为锆钛酸铅（PZT）、钛酸钡（BaTiO₃）等铁电材料，通过高温烧结形成多晶结构。其性能优势体现在三个方面：首先，压电常数（d₃₃）可达200-600pC/N，远高于石英等天然晶体；其次，介电常数高（εᵣ>1000），有利于电荷存储；最后，居里温度（Tc）可调控至300℃以上，保障高温稳定性。这种特性源于晶胞内钛/锆离子的非对称位移，在外场作用下形成偶极矩有序排列，从而产生宏观极化。工作模式分为厚度振动（用于高频超声）和径向振动（低频声波发射）。以超声换能器为例，当交流电压加载于镀银电极面时，晶片以谐振频率（f₀=1/2t√(cᵢᵢ/ρ)，t为厚度，cᵢᵢ为弹性系数）产生微米级形变，实现电能-机械能的高效转换。值得注意的是，温度超过居里点或强电场反向极化会导致性能劣化，因此工作环境需控制在-20℃至80℃之间。