Ce este ceramica piezoelectrică?

Ceramica piezoelectrică (cip ceramică piezoelectrică) este un material policristalin cu efect piezoelectric, numit după procesul său similar de producție cu ceramica. Este un termen general pentru ceramica feroelectrică cu efecte piezoelectrice, care sunt realizate prin amestecarea oxizilor (zirconiu, oxid de plumb, oxid de titan etc.), sinterizare la temperatură ridicată și reacție în stare solidă pentru a produce tratament de polarizare policristalină. Ceramica piezoelectrică au proprietăți mecanice excelente și proprietăți piezoelectrice stabile. Ca material funcțional important pentru forță, căldură, electricitate și senzor de lumină, acestea au fost utilizate pe scară largă în componente electronice, cum ar fi tije de amplitudine, traductoare cu ultrasunete și dispozitive de deplasare micro.

 

Istoria dezvoltării ceramicii piezoelectrice:

În 1880, frații Curie au descoperit pentru prima dată efectul piezoelectric al turmalinei, marcând începutul istoriei piezoelectricității.

În 1881, frații Curie au verificat experimental efectul piezoelectric invers și au dat aceleași constante piezoelectrice pozitive și negative ca și cuarțul.

Din 1842 până în 1949, au fost descoperite constantă dielectrică ridicată, feroelectricitate și piezoelectricitate pe ceramica piezoelectrică Batio3. Problema de polarizare a fost ulterior rezolvată.

În anii '50, Statele Unite și Japonia au efectuat cercetări privind utilizarea ceramicii piezoelectrice BATIO3 pentru a produce traductoare cu ultrasunete, traductoare de înaltă frecvență, senzori de presiune, filtre și alte cereri.

În 1954, Statele Unite B Jaffe și colab. a descoperit că titanatul cu zirconat de plumb (PZT) are piezoelectricitate foarte puternică și stabilă, ceea ce avansează foarte mult cercetarea aplicației dispozitivelor piezoelectrice.

Ulterior, pentru a proteja spațiul de locuit al pământului și al umanului, prevenirea poluării mediului, ceramica piezoelectrică non -plumb a devenit direcția cercetării și aplicării viitoare.

Până în prezent, aplicarea ceramicii piezoelectrice a fost extrem de extinsă, de la dezvoltarea spațială la viața gospodărească.

Conceptele de bază ale ceramicii piezoelectrice:

Polarizare spontană
Sub 120 de grade, structura cristalului BATIO3 este ușor distorsionată și prezintă o structură tetragonală. Ba 2+ ti 4+ suferă o deplasare în raport cu o 2-, rezultând în alinierea necorespunzătoare a centrelor de încărcare pozitive și negative și polarizarea (polarizarea spontană). Această temperatură de tranziție este denumită în mod obișnuit temperatura curie sau punctul curie (TC).

Polarizarea artificială
Polarizarea artificială este procesul de aplicare a unui câmp electric de curent suficient de mare pe o ceramică piezoelectrică și menținerea acestuia la o anumită temperatură și timp, forțând domeniile sale electrice să se transforme sau, cu alte cuvinte, forțând polarizarea spontană să facă aranjamente direcționale. Următoarea diagramă ilustrează modificările domeniilor electrice în ceramică înainte de tratamentul de polarizare.

Ceramică feroelectrică
Unele materiale prezintă polarizare spontană într -un anumit interval de temperatură. Mai mult decât atât, polarizarea sa spontană poate fi inversată prin acțiunea unui câmp electric extern, iar această proprietate a materialului se numește feroelectricitate. Materialele ceramice cu această caracteristică se numesc ceramică feroelectrică.

Principiul ceramicii piezoelectrice: efect piezoelectric

Efectul piezoelectric se referă la deformarea anumitor medii sub acțiunea forței, determinând încărcarea suprafeței mediului, care este efectul piezoelectric pozitiv. Dimpotrivă, atunci când se aplică un câmp electric de excitație, mediul va suferi o deformare mecanică, cunoscută sub numele de efect piezoelectric invers. Esența efectului piezoelectric pozitiv este polarizarea mediului cauzat de acțiunea mecanică; Esența efectului piezoelectric invers este polarizarea mediului cauzat de acțiunea unui câmp electric.

Fabricarea ceramicii piezoelectrice
Etapele principale ale procesului de producție a ceramicii piezoelectrice sunt: ​​pretratarea pretratării pretratării Granulației care formează testarea îmbătrânirii polarizării electrodului de prelucrare a focului.

 

materii prime
Materiile prime sunt fundamentul pentru pregătirea ceramicii piezoelectrice. Pentru PZT, principalele sale materii prime sunt PB3O4, ZRO2 și TiO2. Atunci când selectați materii prime, în general, ar trebui să se acorde atenție compoziției lor chimice și stării fizice. Cerințele de puritate pentru materii prime ar trebui să fie moderate. Materiile prime cu puritate ridicată sunt costisitoare, iar temperatura de sinterizare este ridicată, cu un interval de temperatură restrâns. Impuritățile din materii prime cu o puritate ușor mai mică pot acționa ca mineralizatoare și ajutoare de topire, dar în schimb scad temperatura de sinterizare și lărgim intervalul de temperatură. Cu toate acestea, materiile prime cu o puritate excesiv de scăzută conțin mai multe impurități și nu sunt potrivite pentru utilizare.

 

Impuritate

Impuritățile sunt împărțite în impurități dăunătoare și impurități benefice. Modificarea dopajului PZT poate fi împărțită în substituție echivalentă și substituție heterovalentă; Substituția heterovalentă poate fi împărțită în modificări de substituție moi, modificare a substituției dure și alte modificări de substituție.

Substituție echivalentă
Înlocuirea echivalentă se referă la substituirea ionilor Pb 2+ cu ioni divalenți, cum ar fi ca 2+, sr 2+, mg 2+, etc., care au radi mai mici decât pb { {4}} ioni. Drept urmare, constanta dielectrică ε a ceramicii PZT crește ↑, coeficientul de cuplare electromecanică KP crește ↑, iar constanta piezoelectrică D crește, îmbunătățind astfel performanța piezoelectrică a ceramicii PZT.

 

Înlocuirea heterovabilă
Modificarea de substituție moale în substituția heterovalentă se referă la adăugarea unor aditivi la materie primă care poate reduce rezistența câmpului coercitivă cu ↓, făcând polarizarea mai ușoară. Prin urmare, sub acțiunea câmpului electric sau a stresului, proprietățile materialului devin „moi”. (Corpul de porțelan după tragere devine galben)

Substituția dură în substituția heterovalentă se referă la adăugarea unor aditivi care pot crește EC -ul de rezistență a câmpului coercitiv și îngreunarea polarizării, ceea ce duce la ca proprietățile materiale să devină „greu” sub acțiunea câmpului electric sau a stresului. După concediere, corpul de porțelan pare negru

 

Piața ceramicii piezoelectrice

Ceramica piezoelectrică, ca materiale funcționale importante, ocupă o proporție considerabilă în domeniul electronicelor. În 2000, vânzările globale de ceramică piezoelectrică au atins aproximativ 3 miliarde de dolari americani. În ultimii ani, vânzările anuale de ceramică piezoelectrică la nivel mondial au crescut cu o rată de 15%. Pentru a proteja Pământul de poluarea mediului, Parlamentul European a adoptat o lege în 2001 cu privire la restricția substanțelor dăunătoare în echipamentele electrice și electronice, care include dispozitive piezoelectrice care conțin plumb în substanțele restrânse. În prezent, produsele de pe piața ceramică piezoelectrică internă funcționează în continuare folosind metode tradiționale de tehnologie și producție, iar produsele fără plumb nu au format încă un avantaj industrial. Lead Free este principala direcție a eforturilor în industrie.

 

Aplicarea ceramicii piezoelectrice

Aplicarea ceramicii piezoelectrice este foarte extinsă. De exemplu, detonatoare piezoelectrice, detectoare cu ultrasunete, șoferi piezoelectrici, aprinderi piezoelectrici, convertoare piezoelectrice, ventilatoare ceramice piezoelectrice, ecrane tactile piezoelectrice, radare de inversare ultrasunete, relee ceramice piezoelectrice și, astfel Compania noastră folosește, în general, PZT -4 și PZT -8 ceramică piezoelectrică, deoarece aceste două tipuri au o eficiență de conversie electromecanică ridicată și sunt potrivite pentru prelucrarea ultrasonică cu ultrasunete cu putere de mare putere și curățarea ultrasonică a componentelor transductoare.