目前,压电材料的应用已经渗透到了人们的生活及科学技术领域中的众多方面。压电材料自从发现以来,发展迅速,人们已经掌握了压电材料的很多特性。对压电材料的认识大致分为三个阶段:1.人们仅仅认识和发现了压电材料的高介电常数;2.认识了压电材料的铁电性;3.人们偶然发现了压电材料的极化性能。但当发现BaTiO3新型压电材料后,人们对压电材料的认识有了一个质的变化。在研究BaTiO3压电材料时,有人对BaTiO3材料施加一个直流偏压后其压电性有所增强。即使撤去电压后,这种效果仍然能部分保留下来。这一发现开始了压电陶瓷材料的新时代。

  压电陶瓷材料没极化前自由电子是无序排列的;极化处理后,沿极化方向产生剩余极化成为各向异性的多晶体,自由电子趋向一致,压电性大大增强。如图1、图2所示,压电陶瓷材料可以做成任意形状、任意极化方向。极化前后的压电陶瓷材料有着不同的介电常数??和压电常数d。

图1：极化前        图2：极化方向

  设极化前的介电常数:ε11=ε22=ε33。如果沿方向3对压电材料进行极化,另两个电极面垂直于极化方向。极化后的介电常数:ε11=ε22≠ε33,而ε33值比ε11要大得多。 

  压电陶瓷的压电常数也具有各向异性,沿不同方向压电常数d的值也是不同的。其中沿方向3的值最大,即d33>>d31和d32。如果用电流计测量时,只有d33中有电流,其它两个方向不产生电流。压电陶瓷的极化同磁铁的充磁很类似,充磁前和充磁后的磁场强度会发生很大的变化。

  压电陶瓷是多晶体,当其温度高于居里温度Tc时呈立方晶格;而当其温度在居里温度Tc以下时,则呈四方晶格并具有压电性。压电材料在温度Tc时能改变材料内部组织这种现象称为固态相变,Tc称为相变温度,也称居里温度。不同的压电材料,居里温度也会不同。 

如BaTiO3的居里温度Tc为120℃,PbTiO3的居里温度是490℃。当温度升高到Tc时,立方晶胞的三个边长相等,即:a=b=c,这时的电荷中心位于立方体中心,压电陶瓷无压电性。当温度低于Tc时,四方晶胞的三个边长不相等,即:a=b<c;产生了电荷中心偏离,具有压电性。这种极化是自身产生的,并不是外加电场所产生的。

对压电陶瓷进行极化处理时显现出铁电性。二次极化后会形成一个回路曲线,见图3所示。

图3：电滞回路曲线

  图中,Ps为自发极化强度;Pr为剩余极化强度;Ec为矫顽场强度。 

  从极化后的电滞回路曲线可以看出,它和磁滞回路的曲线很相似,所以压电陶瓷也被称为铁电体。经过第一次极化后有了剩余极化强度Pr,以后每次极化时,它沿着这条曲线变化。不同的压电材料有不同的电滞回路。 

  将一个交变的电场施加于压电陶瓷体上,通过示波器可以直接观察到回滞曲线。当电场增加到一定强度时,极化强度达到饱和。其中BC段为线性增加,Ps为自发极化强度,这时电场为零,极化强度不等于零,Pr为剩余极化强度。当电场反向增加到Ec时,极化强度为零。由于Ec点能使压电陶瓷的极化强度为零,称Ec为矫顽场强度。当电场反向增加时,极化强度也反向增加。当反向极化强度达到饱和后,再减小反向电场,极化强度就会沿着曲线HFC线变化。

  极化工艺是一个很复杂的过程,极化时不仅要有较高的电场,不同的厚度需要不同的时间,还要在较高的温度下才能达到最佳极化效果。极化后的压电陶瓷材料在一定的高温下会失去极化效应,不同压电材料有不同的失效温度,这一点在选用压电陶瓷材料时需注意。