中國粉體網訊 壓電陶瓷材料具有正逆壓電效應，其在壓電傳感器、驅動器、換能器和濾波器等器件中得到了廣泛的應用。應用范圍覆蓋航空航天、信息電子、工業(yè)機械、醫(yī)療、汽車等眾多領域。據統(tǒng)計，預計2026年全球壓電材料與器件市場規(guī)模將達354億美元。其中，我國壓電材料與器件的生產、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域中的應用
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)的關鍵部件。目前，隨著汽車電子化和自動化程度越來越高，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量可多達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、金屬外殼等構成。壓電振子產生的電荷與發(fā)動機氣缸發(fā)生的振動成正比，所產生的電壓經屏蔽線進入電控單元，由此檢測出7kHz左右振動所產生的電壓，電控單元根據這一電壓的大小判斷爆震強度，及時修正或相應推遲點火，提前消除爆震，使發(fā)動機在接近爆震、熱效率最高、燃料消耗量最少的點火時刻工作，實現無爆震工作的狀態(tài)，保證發(fā)動機以最大可能的功率和經濟指標運轉。
超聲波傳感器用作汽車倒車防撞報警裝置，由鋁合金外殼、壓電陶瓷換能器、吸聲材料、引線電極所構成。在壓電陶瓷上加一電信號，便產生機械振動而發(fā)射超聲波，當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，則會有電信號輸出，通過數據處理時間差測距，計算顯示車與障礙物的距離及危險相撞時報警，可準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部的共同電極粘接起來，形成二極結構，安裝在運動方向上并形成懸臂梁，并與外圍電路厚膜集成制成在一個外殼內，檢測汽車瞬間的低速或高速碰撞強度，轉換成電信號輸出，當碰撞強度大時，安全氣囊準確及時開啟，提高汽車安全性能。
壓電陶瓷在汽車驅動領域中的應用
壓電陶瓷利用其逆壓電效應，可以制成壓電驅動器，在汽車領域中用于驅動電動后視鏡、電動門窗、電動座椅等。這種驅動可大大減小電動機的體積，控制精度高，不受電磁干擾，無噪聲，且可直接用于直線驅動控制，無需將旋轉運動轉換成直線運動的變換機構。
壓電式噴油器是一種新型的噴油設備，它是由壓電陶瓷驅動，可精準控制噴油量和噴油時間，從而提高燃油的經濟性和減少尾氣排放。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)的機械式化油器比較，電控汽油噴射系統(tǒng)可以使汽車發(fā)動機功率提高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動器多采用傳統(tǒng)的PZT壓電陶瓷，因其具有壓電系數高、性能穩(wěn)定、機械強度大等優(yōu)點，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域中的應用
汽車噪音已成為影響駕車環(huán)境的主要因素，當汽車中在低速行駛過程中制動片接觸轉子會產生振動，有時表現為刺耳的噪聲。這種噪聲雖不影響制動的性能，但卻會導致不必要的更換制動片和加裝用于消除噪聲的墊片、消聲材料和其他部件。
在汽車制動器活塞里安裝一種簡單的壓電陶瓷制動器，向內部制動塊的支撐板施加一定的頻率“抖動”，將有效抑制產生尖利嗓聲的振動，從而能在溫度、濕度變化和制動系統(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，因此保持標準的車胎氣壓行駛和及時發(fā)現車胎漏氣是防止爆胎的關鍵。當前用于對汽車輪胎進行自動檢測的主流產品是汽車輪胎壓力監(jiān)視系統(tǒng)（TPMS）,它能在汽車行駛時實時地對輪胎氣壓進行自動監(jiān)測，對輪胎漏氣和低氣壓進行報警，以保障行車安全。
目前TPMS產品是利用電池提供動力，這不可避免的帶來一些弊端，如體積大、需要及時更換電池、質量差、嚴峻氣溫下，電池容量減少等因素。因此，TPMS產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)電裝置結構圖
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，上端細小圓柱接觸體與輪胎接觸，隨輪胎的轉動而周期性擠壓圓形壓電陶瓷片。在輪胎的擠壓下，壓電陶瓷片產生電荷給系統(tǒng)提供能量。
小結
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、結構等技術的進一步發(fā)展，環(huán)保、復合、納米等新型壓電陶瓷必將在汽車領域中的得到更進一步的發(fā)展與應用。
參考來源：
劉奇元等：壓電陶瓷在汽車領域中的應用研究
吳金根等：高溫壓電材料、器件與應用
（中國粉體網編輯整理/空青）
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