Mi a piezoelektromos kerámia?

A piezoelektromos kerámia (piezoelektromos kerámia chip) egy polikristályos anyag, piezoelektromos effektussal, amelyet a kerámia hasonló gyártási folyamatának neveztek el. Ez a piezoelektromos hatásokkal rendelkező ferroelektromos kerámia általános kifejezése, amelyeket oxidok (cirkónium-os, ólom-oxid, titán-oxid stb.) Keverése, magas hőmérsékletű szinterelés és szilárdtest reakcióval állítják elő a polikristályos polarizációs kezelés előállításához. A piezoelektromos kerámia kiváló mechanikai tulajdonságokkal és stabil piezoelektromos tulajdonságokkal rendelkezik. Fontos funkcionális anyagként az erő, a hő, az elektromosság és a fényérzékelés szempontjából széles körben használják elektronikus alkatrészekben, például amplitúdóban, ultrahangos átalakítókban és mikro -elmozdulási eszközökben.

 

A piezoelektromos kerámia fejlesztési története:

1880 -ban a Curie Brothers először felfedezte a turmalin piezoelektromos hatását, jelezve a piezoelektromosság történetének kezdetét.

1881 -ben a Curie testvérek kísérletileg igazolták az inverz piezoelektromos hatást, és ugyanazokat a pozitív és negatív piezoelektromos állandókat adták, mint a kvarc.

1842 és 1949 között nagy dielektromos állandóságot, ferroelektromosságot és piezoelektromosságot fedeztek fel a BATIO3 piezoelektromos kerámián. A polarizációs kérdést később megoldottuk.

Az 1950-es években az Egyesült Államok és Japán kutatásokat végzett a BATIO3 piezoelektromos kerámia felhasználásáról ultrahangos átalakítók, magas frekvenciájú transzduktorok, nyomásérzékelők, szűrők és egyéb alkalmazások előállításához.

1954 -ben az Egyesült Államok B Jaffe et al. Felfedezte, hogy az ólom cironát -titanát (PZT) nagyon erős és stabil piezoelektromossága van, ami nagymértékben elősegíti a piezoelektromos eszközök alkalmazásának kutatását.

Később, a föld és az emberi lakóterület védelme érdekében, a környezetszennyezés megelőzése érdekében, a nem ólompiezoelektromos kerámia a jövőbeli kutatás és alkalmazás irányává vált.

Eddig a piezoelektromos kerámia alkalmazása rendkívül kiterjedt volt, az űrfejlesztéstől a háztartási életig.

A piezoelektromos kerámia alapfogalmai:

Spontán polarizáció
120 fok alatt a BATIO3 kristályszerkezet kissé torzul, és tetragonális szerkezetet mutat. A ba 2+ ti 4+ o 2- -hez viszonyítva elmozduláson megy keresztül, ami a pozitív és negatív töltési központok és a polarizáció (spontán polarizáció) eltéréseivel. Ezt az átmeneti hőmérsékletet általában Curie -hőmérsékletnek vagy Curie -pontnak (TC) nevezik.

Mesterséges polarizáció
A mesterséges polarizáció az a folyamat, hogy a piezoelektromos kerámia megfelelően magas áramú elektromos mezőt alkalmazzuk, és egy bizonyos hőmérsékleten és időben fenntartsák azt, és arra kényszerítik az elektromos domainjeit, hogy forduljanak, vagy más szavakkal arra kényszerítsék, hogy spontán polarizációját irányítsák. A következő ábra szemlélteti a kerámia elektromos domének változásait a polarizációs kezelés előtt.

Ferroelektromos kerámia
Egyes anyagok spontán polarizációt mutatnak egy bizonyos hőmérsékleti tartományon belül. Ezenkívül a spontán polarizáció megfordítható egy külső elektromos mező hatására, és az anyag ezt a tulajdonságát ferroelektromosnak nevezzük. Az ezzel a tulajdonsággal rendelkező kerámia anyagokat ferroelektromos kerámiáknak nevezzük.

A piezoelektromos kerámia elve: piezoelektromos hatás

A piezoelektromos hatás bizonyos táptalajok deformációjára utal az erő hatására, ami a közeg felületének feltöltését okozza, amely a pozitív piezoelektromos hatás. Éppen ellenkezőleg, amikor gerjesztő elektromos mezőt alkalmaznak, a tápközeg mechanikus deformáción megy keresztül, amelyet inverz piezoelektromos hatásnak hívnak. A pozitív piezoelektromos hatás lényege a közeg polarizációja, amelyet a mechanikai hatás okoz; Az inverz piezoelektromos hatás lényege az elektromos mező hatása által okozott közeg polarizációja.

Piezoelektromos kerámia gyártása
A piezoelektromos kerámia előállítási folyamatának fő lépései a következők: kötegelés előtti kezelés előkezelése A granuláció előzetes lövöldözése. A tüzelési megmunkálás elektróda polarizációjának öregedési tesztelése.

 

nyersanyag
A nyersanyagok képezik a piezoelektromos kerámia elkészítésének alapját. A PZT esetében a fő nyersanyagok a PB3O4, ZRO2 és TIO2. A nyersanyagok kiválasztásakor általában figyelmet kell fordítani kémiai összetételükre és fizikai állapotukra. A nyersanyagok tisztasági követelményeinek mérsékeltnek kell lenniük. A magas tisztaságú alapanyagok drágák, és a szinterelési hőmérséklet magas, keskeny hőmérsékleti tartományban. A kissé alacsonyabb tisztaságú nyersanyagok szennyeződései ásványosítószerként és olvadási segédeszközökként működhetnek, ehelyett csökkenthetik a szinterelési hőmérsékletet, és kiszélesíthetik a hőmérsékleti tartományt. A túlságosan alacsony tisztaságú nyersanyagok azonban több szennyeződést tartalmaznak, és nem alkalmasak felhasználásra.

 

Szennyeződés

A szennyeződéseket káros szennyeződésekre és jótékony szennyeződésekre osztják. A PZT dopping módosítása ekvivalens helyettesítésre és heterovalens helyettesítésre osztható; A heterovalens helyettesítést lágy helyettesítés módosítására, kemény helyettesítési módosításra és egyéb helyettesítési módosításokra lehet osztani.

Egyenértékű helyettesítés
Az ekvivalens helyettesítés a Pb 2+ ionok helyettesítésére utalva a kétoldalú ionokkal, mint például a Ca 2+, sr 2+, mg 2+ stb. {4}} ionok. Ennek eredményeként a PZT kerámia dielektromos állandója növekszik ↑, a KP elektromechanikus kapcsolási együtthatója növekszik ↑, és a piezoelektromos állandó állandó, ezáltal javítva a PZT -kerámia piezoelektromos teljesítményét.

 

Heterovalens helyettesítés
A heterovalens szubsztitúció lágy helyettesítési módosítása néhány adalékanyag hozzáadására utal az alapanyaghoz, amely csökkentheti az EC kényszerítő mező szilárdságát ↓ -rel, megkönnyítve a polarizációt. Ezért az elektromos mező vagy a stressz hatása alatt az anyag tulajdonságai "lágyak" lesznek. (A porcelán test a lövöldözés után sárga lett)

A heterovalens szubsztitúcióban bekövetkezett kemény helyettesítés néhány adalékanyag hozzáadására utal, amelyek növelhetik a kényszerítő mező szilárdságát az EC -nek, és megnehezíthetik a polarizációt, ami az anyagi tulajdonságok "kemény" lesznek az elektromos mező vagy a stressz hatása alatt. Tüzelés után a porcelán test feketének tűnik

 

A piezoelektromos kerámia piaca

A piezoelektromos kerámia, mint fontos funkcionális anyagok, jelentős arányban foglalják el az elektronika területén. 2000 -ben a piezoelektromos kerámia globális értékesítése elérte a körülbelül 3 milliárd dollárt. Az utóbbi években a piezoelektromos kerámia éves értékesítése világszerte 15%-kal nőtt. Annak érdekében, hogy megvédje a Földet a környezetszennyezés ellen, az Európai Parlament 2001 -ben törvényt fogadott el az elektromos és elektronikus berendezések káros anyagok korlátozásáról, amely magában foglalja a piezoelektromos eszközöket, amelyek ólomot tartalmaznak a korlátozott anyagokban. Jelenleg a háztartási piezoelektromos kerámia piacon lévő termékek továbbra is hagyományos technológiai és termelési módszerekkel működnek, és az ólommentes termékek még nem hoztak létre ipari előnyt. Az ólommentes az iparágban az erőfeszítések fő iránya.

 

Piezoelektromos kerámia alkalmazása

A piezoelektromos kerámia alkalmazása nagyon kiterjedt. Például piezoelektromos detonátorok, ultrahangos detektorok, piezoelektromos illesztőprogramok, piezoelektromos gyújtók, piezoelektromos konverterek, piezoelektromos kerámia ventilátorok, piezoelektromos érintőképernyők, ultrahangos fordított radarok, piezoelektriceramikus relékek és így minden piezoelektromos képernyő. Cégünk általában a PZT -4 és a PZT -8 piezoelektromos kerámiát használja, mivel ez a két típus nagy elektromechanikai konverziós hatékonysággal rendelkezik, és alkalmas nagy teljesítményű ultrahangos generátor ultrahangos megmunkálására és a transzducer alkatrészek ultrahangos tisztítására.