作为敏感材料的陶瓷与瓷器、玻璃、砖瓦水泥等传统陶瓷不同,它是一类由高纯度原料微粒掺合并经精密烧结而成,对外界条件变化特别敏感的材料。陶瓷敏感材料又称做电子陶瓷,不仅具有对磁性、温度、压力和光强变化敏感的特性,还具有经济、耐腐蚀、硬度高、易成型以及高温性能稳定等优点,电子陶瓷包括压电陶瓷、热释电陶瓷、半导体陶瓷等。
陶瓷传感器压电陶瓷
压电材料有单晶和多晶两种,前者以石英晶体为代表,其特点是温度稳定性和老化性能好,且Q值极高,后者以锆钛酸铅压电陶瓷为代表,其特点是容易制作,性能可调,便于批量生产。压电陶瓷是多晶体。 是最早发现的压电陶瓷,它由 和 按1:1摩尔分子比例混合烧结而成。其压电性、介电常数及电阻率都很高,价格便宜,但当温度高于393 K时,突然失去压电特性(此温度叫做居里温度),故BaTi03的温度稳定性差。 是“一元系”压电陶瓷代表。由 和 按Ti:Zr=47:53的摩尔分子比组成的双成分系固溶体为二元系压电陶瓷代表,简称PZT。它的居里温度为573 K,性能稳定,具有很好的压电性和很高的介电常数。在PZT中加入一定量的Pb( , ) 构成三成分陶瓷,简称PMN。PMN属三元系陶瓷,居里点为533 K,压电性很强,能承受 Pa的压力。
压电陶瓷材料已广泛用于力敏、声敏、热敏、光敏、湿敏和气敏等传感器。
陶瓷传感器热释电陶瓷
一些陶瓷材料在红外线照射下具有明显的热释电效应。用这类材料可以制成红外线敏感器件。热释电陶瓷红外线敏感器件的特点有:①非接触检测、灵敏度高、检测温度范围宽(一80~1500℃);②能在常温下工作;③响应快。
热释电材料种类繁多,但当今实用化的材料还仅是 和PZT陶瓷,以及 单晶。 是铁电体,它有居里点高、自发极化和介电常数大等特点,有望成为高温、高频压电材料。纯 烧结困难,必须掺入 、 ,或添加 和 的组合物,这样即可获得红外线敏感元件的实用材料。另外,由于近年来单晶生长技术的进步,现在已能提供便宜的优良 单晶材料。