中國粉體網(wǎng)訊  壓電陶瓷材料具有正逆壓電效應(yīng),，其在壓電傳感器、驅(qū)動(dòng)器,、換能器和濾波器等器件中得到了廣泛的應(yīng)用,。應(yīng)用范圍覆蓋航空航天、信息電子,、工業(yè)機(jī)械,、醫(yī)療、汽車等眾多領(lǐng)域,。據(jù)統(tǒng)計(jì),，預(yù)計(jì)2026年全球壓電材料與器件市場規(guī)模將達(dá)354億美元。其中,，我國壓電材料與器件的生產(chǎn),、使用、出口占全球規(guī)模60%以上。

壓電陶瓷,，來源：京瓷

壓電陶瓷在汽車傳感領(lǐng)域中的應(yīng)用

車用傳感器作為汽車電子控制系統(tǒng)的信息源,，是汽車電子控制系統(tǒng)的關(guān)鍵部件。目前,，隨著汽車電子化和自動(dòng)化程度越來越高,，汽車對傳感器的依賴性也越大，一輛普通的家用轎車上的傳感器數(shù)量可多達(dá)200余只,。僅就壓電陶瓷型傳感器來說,，常見的有壓電陶瓷爆震傳感器、超聲波傳感器,、加速度傳感器等,。

壓電陶瓷爆震傳感器是由壓電陶瓷振子、金屬片,、密封墊,、金屬外殼等構(gòu)成。壓電振子產(chǎn)生的電荷與發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸發(fā)生的振動(dòng)成正比,，所產(chǎn)生的電壓經(jīng)屏蔽線進(jìn)入電控單元,，由此檢測出7kHz左右振動(dòng)所產(chǎn)生的電壓，電控單元根據(jù)這一電壓的大小判斷爆震強(qiáng)度,，及時(shí)修正或相應(yīng)推遲點(diǎn)火,，提前消除爆震，使發(fā)動(dòng)機(jī)在接近爆震,、熱效率最高,、燃料消耗量最少的點(diǎn)火時(shí)刻工作，實(shí)現(xiàn)無爆震工作的狀態(tài),，保證發(fā)動(dòng)機(jī)以最大可能的功率和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)運(yùn)轉(zhuǎn),。

超聲波傳感器用作汽車倒車防撞報(bào)警裝置，由鋁合金外殼,、壓電陶瓷換能器,、吸聲材料、引線電極所構(gòu)成,。在壓電陶瓷上加一電信號(hào),，便產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)而發(fā)射超聲波，當(dāng)超聲波在空氣傳播途中碰到障礙物立即反射回來,，作用于壓電陶瓷時(shí)，則會(huì)有電信號(hào)輸出,，通過數(shù)據(jù)處理時(shí)間差測距,，計(jì)算顯示車與障礙物的距離及危險(xiǎn)相撞時(shí)報(bào)警，可準(zhǔn)確無誤地探測汽車尾部及駕車者視角盲區(qū)的微小障礙物。此外,，超聲波傳感器還用于汽車電控懸架系統(tǒng),，直接監(jiān)測車身底盤與路面距離。

壓電陶瓷加速度傳感器可用于汽車安全氣囊系統(tǒng),，將兩枚壓電陶瓷片通過內(nèi)部的共同電極粘接起來,，形成二極結(jié)構(gòu)，安裝在運(yùn)動(dòng)方向上并形成懸臂梁,，并與外圍電路厚膜集成制成在一個(gè)外殼內(nèi),，檢測汽車瞬間的低速或高速碰撞強(qiáng)度，轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸出,，當(dāng)碰撞強(qiáng)度大時(shí),，安全氣囊準(zhǔn)確及時(shí)開啟，提高汽車安全性能,。

壓電陶瓷在汽車驅(qū)動(dòng)領(lǐng)域中的應(yīng)用

壓電陶瓷利用其逆壓電效應(yīng),，可以制成壓電驅(qū)動(dòng)器，在汽車領(lǐng)域中用于驅(qū)動(dòng)電動(dòng)后視鏡,、電動(dòng)門窗,、電動(dòng)座椅等。這種驅(qū)動(dòng)可大大減小電動(dòng)機(jī)的體積,，控制精度高,，不受電磁干擾，無噪聲,，且可直接用于直線驅(qū)動(dòng)控制,，無需將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成直線運(yùn)動(dòng)的變換機(jī)構(gòu)。

壓電式噴油器是一種新型的噴油設(shè)備,，它是由壓電陶瓷驅(qū)動(dòng),，可精準(zhǔn)控制噴油量和噴油時(shí)間，從而提高燃油的經(jīng)濟(jì)性和減少尾氣排放,。目前高級汽車電噴系統(tǒng)中的噴油器普遍采用壓電式噴油器,，與傳統(tǒng)的機(jī)械式化油器比較，電控汽油噴射系統(tǒng)可以使汽車發(fā)動(dòng)機(jī)功率提高5%-10%, 汽油消耗率降低5%-10%, 廢氣排放量減少20%,。

博世第三代壓電控制式噴油器共軌噴油系統(tǒng)

市面上的壓電式噴油器中壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器多采用傳統(tǒng)的PZT壓電陶瓷,，因其具有壓電系數(shù)高、性能穩(wěn)定,、機(jī)械強(qiáng)度大等優(yōu)點(diǎn),，但其居里溫度TC約為360℃, 所以安全使用溫度僅在180℃以下, 這限制了它在特殊環(huán)境中的使用。所以研發(fā)出性能優(yōu)異,、成本低廉,、溫度穩(wěn)定性好的高溫壓電材料具有緊迫性,。

壓電陶瓷在汽車隔音降噪領(lǐng)域中的應(yīng)用

汽車噪音已成為影響駕車環(huán)境的主要因素，當(dāng)汽車中在低速行駛過程中制動(dòng)片接觸轉(zhuǎn)子會(huì)產(chǎn)生振動(dòng),，有時(shí)表現(xiàn)為刺耳的噪聲,。這種噪聲雖不影響制動(dòng)的性能，但卻會(huì)導(dǎo)致不必要的更換制動(dòng)片和加裝用于消除噪聲的墊片,、消聲材料和其他部件,。

在汽車制動(dòng)器活塞里安裝一種簡單的壓電陶瓷制動(dòng)器，向內(nèi)部制動(dòng)塊的支撐板施加一定的頻率“抖動(dòng)”,，將有效抑制產(chǎn)生尖利嗓聲的振動(dòng),，從而能在溫度、濕度變化和制動(dòng)系統(tǒng)正常磨損的情況下發(fā)揮作用,。

壓電陶瓷在輪胎壓力檢測系統(tǒng)中的應(yīng)用

在交通事故中,，輪胎故障是突發(fā)性交通事故發(fā)生的重要原因，其中因爆胎引發(fā)的交通事故不在少數(shù),，因此保持標(biāo)準(zhǔn)的車胎氣壓行駛和及時(shí)發(fā)現(xiàn)車胎漏氣是防止爆胎的關(guān)鍵,。當(dāng)前用于對汽車輪胎進(jìn)行自動(dòng)檢測的主流產(chǎn)品是汽車輪胎壓力監(jiān)視系統(tǒng)（TPMS）,它能在汽車行駛時(shí)實(shí)時(shí)地對輪胎氣壓進(jìn)行自動(dòng)監(jiān)測，對輪胎漏氣和低氣壓進(jìn)行報(bào)警,，以保障行車安全,。

目前TPMS產(chǎn)品是利用電池提供動(dòng)力，這不可避免的帶來一些弊端,，如體積大,、需要及時(shí)更換電池、質(zhì)量差,、嚴(yán)峻氣溫下,，電池容量減少等因素。因此,，TPMS產(chǎn)品無源化成了研究方向,。恰恰，壓電陶瓷的特性能為TPMS的無源化提供可能,。

壓電發(fā)電裝置結(jié)構(gòu)圖

如上圖裝置所示,，該壓電發(fā)電裝置中將多片圓形壓電陶瓷片并聯(lián)鏈接，上端細(xì)小圓柱接觸體與輪胎接觸,，隨輪胎的轉(zhuǎn)動(dòng)而周期性擠壓圓形壓電陶瓷片,。在輪胎的擠壓下，壓電陶瓷片產(chǎn)生電荷給系統(tǒng)提供能量,。

小結(jié)

近年來,，隨著我國汽車保有量急劇增加，人們對汽車安全性和舒適性要求也越來越高,，而又隨著壓電陶瓷材料,、結(jié)構(gòu)等技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展,，環(huán)保、復(fù)合,、納米等新型壓電陶瓷必將在汽車領(lǐng)域中的得到更進(jìn)一步的發(fā)展與應(yīng)用。

參考來源：

劉奇元等：壓電陶瓷在汽車領(lǐng)域中的應(yīng)用研究

吳金根等：高溫壓電材料,、器件與應(yīng)用

（中國粉體網(wǎng)編輯整理/空青）

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