Kas ir pjezoelektriskā keramika?

Pjezoelektriskā keramika (pjezoelektriskā keramikas mikroshēma) ir polikristālisks materiāls ar pjezoelektrisko efektu, kas nosaukts pēc tā līdzīgā ražošanas procesa kā keramika. Tas ir vispārējs termins ferroelektriskai keramikai ar pjezoelektrisko iedarbību, ko izgatavo, sajaucot oksīdus (cirkoniju, svina oksīdu, titāna oksīdu utt.), Augstu temperatūras saķepināšanu un cietvielu reakciju, lai iegūtu polikristālisku polarizācijas apstrādi. Pjezoelektriskajai keramikai ir lieliskas mehāniskās īpašības un stabilas pjezoelektriskās īpašības. Kā svarīgs funkcionālais materiāls spēkam, siltumam, elektrībai un gaismas sensoram tos plaši izmanto elektroniskos komponentos, piemēram, amplitūdas stieņos, ultraskaņas devējus un mikro pārvietojuma ierīces.

 

Pjezoelektriskās keramikas attīstības vēsture:

1880. gadā brāļi Curie vispirms atklāja turmalīna pjezoelektrisko efektu, iezīmējot pjezoelektrības vēstures sākumu.

1881. gadā Curie Brothers eksperimentāli pārbaudīja apgriezto pjezoelektrisko efektu un deva tādas pašas pozitīvas un negatīvas pjezoelektriskās konstantes kā kvarcam.

No 1842. līdz 1949. gadam Batio3 pjezoelektriskajā keramikā tika atklāti augsta dielektriskā konstante, ferroelektrība un pjezoelektrība. Pēc tam tika atrisināts polarizācijas jautājums.

Piecdesmitajos gados Amerikas Savienotās Valstis un Japāna veica pētījumus par batio3 pjezoelektriskās keramikas izmantošanu, lai iegūtu ultraskaņas devējus, augstfrekvences pārveidotājus, spiediena sensorus, filtrus un citus lietojumprogrammas.

1954. gadā Amerikas Savienotās Valstis B Jaffe et al. atklāja, ka svina cirkonāta titanātam (PZT) ir ļoti spēcīga un stabila pjezoelektrība, kas ievērojami veicina pjezoelektrisko ierīču piemērošanas pētījumu.

Vēlāk, lai aizsargātu zemes un cilvēku dzīves telpu, novērstu vides piesārņojumu, bez svina pjezoelektriskā keramika kļuva par turpmāko pētījumu un pielietojuma virzienu.

Līdz šim pjezoelektriskās keramikas piemērošana ir bijusi ārkārtīgi plaša, sākot no kosmosa attīstības līdz mājsaimniecības dzīvei.

Pjezoelektriskās keramikas pamatjēdzieni:

Spontāna polarizācija
Zem 120 grādiem batio3 kristāla struktūra ir nedaudz izkropļota un tai ir tetragona struktūra. Ba 2+ ti 4+ iziet pārvietojumu attiecībā pret O 2-, kā rezultātā tiek novirzīta pozitīva un negatīva lādiņa centru un polarizācijas (spontāna polarizācija) nepareiza izlīdzināšana. Šo pārejas temperatūru parasti sauc par Curie temperatūru vai Curie Point (TC).

Mākslīgā polarizācija
Mākslīgā polarizācija ir pietiekami augsta tiešā strāvas elektriskā lauka pielietošanas process pjezoelektriskai keramikai un saglabājot to noteiktā temperatūrā un laikā, liekot tā elektriskajiem domēniem pagriezties vai, citiem vārdiem sakot, piespiežot spontānu polarizāciju, lai veiktu virziena izvietojumu. Šī diagramma ilustrē izmaiņas keramikā pirms polarizācijas apstrādes.

Ferroelektriskā keramika
Dažiem materiāliem ir spontāna polarizācija noteiktā temperatūras diapazonā. Turklāt tā spontānu polarizāciju var mainīt, darbojoties ar ārēju elektrisko lauku, un šo materiāla īpašību sauc par ferroelektrību. Keramikas materiālus ar šo īpašību sauc par ferroelektrisko keramiku.

Pjezoelektriskās keramikas princips: pjezoelektriskais efekts

Pjezoelektriskais efekts attiecas uz noteiktu barotņu deformāciju spēka iedarbībā, izraisot barotnes virsmas uzlādēšanu, kas ir pozitīvais pjezoelektriskais efekts. Gluži pretēji, ja tiek piemērots ierosmes elektriskais lauks, barotnei tiks veikta mehāniska deformācija, kas pazīstama kā apgrieztais pjezoelektriskais efekts. Pozitīvā pjezoelektriskā efekta būtība ir barotnes polarizācija, ko izraisa mehāniska darbība; Apgrieztā pjezoelektriskā efekta būtība ir barotnes polarizācija, ko izraisa elektriskā lauka darbība.

Pjezoelektriskās keramikas ražošana
Galvenie pjezoelektriskās keramikas ražošanas procesa posmi ir: pirms apstrādes pirms apstrādes granulācijas, kas veido šaušanas apstrādes elektrodu polarizācijas novecošanās pārbaudi.

 

izejviela
Izejvielas ir pamats pjezoelektriskās keramikas sagatavošanai. PZT tās galvenās izejvielas ir PB3O4, ZRO2 un TiO2. Izvēloties izejvielas, uzmanība parasti jāpievērš to ķīmiskajam sastāvam un fiziskajam stāvoklim. Izejvielu tīrības prasībām jābūt mērenām. Augstas tīrības izejvielas ir dārgas, un saķepināšanas temperatūra ir augsta ar šauru temperatūras diapazonu. Izejvielu piemaisījumi ar nedaudz zemāku tīrību var darboties kā mineralizatori un kūstošie AIDS, bet tā vietā pazemināt saķepināšanas temperatūru un paplašināt temperatūras diapazonu. Tomēr izejvielas ar pārmērīgi zemu tīrību satur vairāk piemaisījumu un nav piemērotas lietošanai.

 

Piemaisījums

Piemaisījumi tiek sadalīti kaitīgos piemaisījumos un labvēlīgos piemaisījumos. PZT dopinga modifikāciju var iedalīt ekvivalentā aizstāšanā un heterovalentā aizstāšanā; Heterovalento aizstāšanu var iedalīt maigās aizstāšanas modifikācijā, smagas aizstāšanas modifikācijā un citās aizstāšanas modifikācijās.

Līdzvērtīga aizstāšana
Ekvivalenta aizvietošana attiecas uz Pb 2+ jonu aizstāšanu ar divvērtīgiem joniem, piemēram, Ca 2+, sr 2+, mg 2+ utt., Kuram ir mazāks rādiuss nekā Pb { {4}} joni. Tā rezultātā PZT keramikas dielektriskā konstante ε palielinās ↑, elektromehāniskā savienojuma koeficienta KP palielinās ↑, un palielinās pjezoelektriskā konstante D, tādējādi uzlabojot PZT keramikas pjezoelektrisko veiktspēju.

 

Heterovalentā aizstāšana
Mīkstā aizstāšanas modifikācija heterovalentā aizstāšanā attiecas uz dažu piedevu pievienošanu izejvielai, kas ar ↓ var samazināt piespiedu lauka stiprumu EC, padarot polarizāciju vieglāku. Tāpēc elektriskā lauka vai sprieguma iedarbībā materiāla īpašības kļūst "mīkstas". (Porcelāna korpuss pēc šaušanas kļūst dzeltens)

Heterovalentās aizvietošanas smagā aizstāšana attiecas uz dažu piedevu pievienošanu, kas var palielināt piespiedu lauka stiprumu EC un apgrūtināt polarizāciju, kā rezultātā materiāla īpašības kļūst "cietas", darbojoties elektriskajā laukā vai stresā. Pēc apšaudes porcelāna korpuss šķiet melns

 

Pjezoelektriskās keramikas tirgus

Pjezoelektriskā keramika kā svarīgi funkcionālie materiāli aizņem ievērojamu proporciju elektronikas jomā. 2000. gadā pjezoelektriskās keramikas globālais pārdošanas apjomi sasniedza aptuveni 3 miljardus ASV dolāru. Pēdējos gados pjezoelektriskās keramikas gada pārdošanas apjomi visā pasaulē ir pieauguši par 15%. Lai aizsargātu zemi no vides piesārņojuma, Eiropas Parlaments 2001. gadā pieņēma likumu par kaitīgu vielu ierobežošanu elektriskajā un elektroniskajā aprīkojumā, kas ietver pjezoelektriskās ierīces, kas satur svinu ierobežotajās vielās. Pašlaik produkti vietējā pjezoelektriskā keramikas tirgū joprojām darbojas, izmantojot tradicionālās tehnoloģijas un ražošanas metodes, un produkti, kas nesatur svinu, vēl nav radījuši rūpnieciskas priekšrocības. Bez svina ir galvenais centienu virziens nozarē.

 

Pjezoelektriskās keramikas pielietojums

Pjezoelektriskās keramikas piemērošana ir ļoti plaša. Piemēram, pjezoelektriskie detonatori, ultraskaņas detektori, pjezoelektriskie autovadītāji, pjezoelektriskie aizdedzētāji, pjezoelektriskie pārveidotāji, pjezoelektriskie keramikas ventilatori, pjezoelektriski skārienekrāni, ultraskaņas reversa radars, pjezoelektriski keramikas relīzi. Mūsu uzņēmums parasti izmanto pzt -4 un pzt -8 pjezoelektrisko keramiku, jo šiem diviem veidiem ir augsta elektromehāniskā pārveidošanas efektivitāte un tas ir piemērots lieljaudas ultraskaņas ģeneratoram ultraskaņas apstrādes un ultraskaņas tīrīšanai.