Co je piezoelektrická keramika
Piezoelektrická keramika označují polykrystaly vytvořené smícháním oxidů (oxid zirkoničitý, oxid olovnatý, oxid titaničitý, atd.) po vysokoteplotním slinování a reakci v pevné fázi, a aby měly piezoelektrický efekt díky stejnosměrnému vysokonapěťovému polarizačnímu ošetření. Obecný termín pro feroelektrickou keramiku, jedná se o funkční keramický materiál, který dokáže vzájemně přeměňovat mechanickou energii a elektrickou energii.
Piezoelektrická keramika jsou třídou elektronických keramických materiálů s piezoelektrickými vlastnostmi. Hlavním rozdílem od typických piezoelektrických křemenných krystalů, které neobsahují feroelektrické složky, je to, že krystalové fáze, které tvoří jejich hlavní složky, jsou všechna feroelektrická zrna..
Klasifikace Piezoelektrická keramika
Podle hlavních složek krystalové struktury, piezoelektrickou keramiku lze rozdělit na perovskitový typ, wolframového bronzového typu, vizmutový vrstvený typ a pyrochlorový typ.
Podle typů součástek, piezoelektrickou keramiku lze rozdělit na jednotkové systémy, binární systémy, ternární systémy a víceprvkové systémy.
Piezoelektrická keramika proces přípravy
Proces přípravy piezoelektrické keramiky používané ve skutečné výrobě obecně zahrnuje několik důležitých procesů, jako je dávkování, kulové frézování, předslinování, lití, odstranění plastu, slinování, a polarizace.
Podmínky před vypálením zahrnují teplotu, rychlost ohřevu, doba držení, rovnoměrnost teploty, atmosféra, hustota přísad, atd.;
Podmínky plastového výboje zahrnují rychlost ohřevu, doba držení, atmosféra;
Mezi nové metody lisování patří lisování pod tlakem, lisování plastů a lisování v kaši;
Podmínky slinování zahrnují teplotu slinování, rychlost ohřevu, doba držení, rychlost chlazení, způsob chlazení a podobně.
Proces zpracování piezoelektrické keramiky – výstřižek
https://www.youtube.com/watch?v=u6ERADRgwR0
Aplikace Piezoelektrická keramika
Piezoelektrická keramika jsou informačně funkční keramické materiály, které dokážou přeměnit mechanickou energii a elektrickou energii na sebe. Kromě piezoelektriky, piezoelektrická keramika má také dielektrické vlastnosti, pružnost, atd., a byly široce používány v lékařském zobrazování, akustické senzory, akustické měniče, ultrazvukové motory, atd.
Kromě použití v high-tech oblastech, piezoelektrická keramika je také široce používána v každodenním životě. Například, kolem nás je mnoho přátel, kteří kouří. za normálních podmínek, budou mít v kapse zapalovač. Většina běžně používaných zapalovačů je zapálena piezoelektrickou keramikou prostřednictvím výboje hrotu.
Obecně řečeno, aplikaci piezoelektrické keramiky lze rozdělit na frekvenční řízení, snímače a optoelektronická zařízení.
1. Piezoelektrické keramické zařízení pro regulaci frekvence
Piezoelektrická zařízení pro řízení frekvence zahrnují filtry, rezonátory a zpožďovací linky, atd. Tato zařízení se používají ve zdvojovacích strojích, mikropočítače, zpožďovací obvody barevné televize, a podobně. Piezoelektrické keramické desky (piezoelektrické vibrátory) bude generovat mechanické vibrace o určité frekvenci působením vnějšího střídavého napětí.
Obecně, amplituda této vibrace je malá, ale když frekvence aplikovaného napětí je stejná jako frekvence přirozených mechanických vibrací piezoelektrického vibrátoru, bude způsobena rezonance, a amplituda se výrazně zvýší. V tuto chvíli, střídavé elektrické pole vytváří napětí prostřednictvím inverzního piezoelektrického jevu, a napětí generuje proud prostřednictvím pozitivního piezoelektrického jevu.
Využití charakteristik piezoelektrických vibrátorů, různé filtry, rezonátory, atd. lze vyrobit, které mají dobrou frekvenční stabilitu, vysoká přesnost, široký použitelný frekvenční rozsah, malá velikost, žádná absorpce vlhkosti, a dlouhou životnost, zejména ve vícekanálových komunikačních zařízeních. Může zlepšit výkon proti rušení, tak nahradila značnou část elektromagnetických oscilátorů a filtrů, a tento trend se stále vyvíjí.
2. Piezoelektrický měnič
Piezoelektrické měniče využívají piezoelektrický efekt a inverzní piezoelektrický efekt piezoelektrické keramiky k realizaci vzájemné přeměny elektrické energie a zvukové energie. Piezoelektrický ultrazvukový měnič je jedním z nich, což je podvodní akustické zařízení, které vysílá a přijímá ultrazvukové vlny pod vodou.
Pod působením zvukových vln, piezoelektrický měnič ve vodě bude indukovat náboje na obou koncích měniče, což je přijímač zvukových vln; pokud je na piezoelektrický keramický plech aplikováno střídavé elektrické pole, keramická deska někdy ztenčí Někdy ztloustne, a současně, vibruje a vydává zvukové vlny. Jedná se o ultrazvukový vysílač.
Piezoelektrické měniče jsou také široce používány ve vodní navigaci, detekce oceánu, přesné měření, čištění ultrazvukem, solidní detekce závad, lékařské zobrazování, ultrazvuková diagnostika, a ultrazvuková léčba nemocí v průmyslu. Další oblastí použití dnešních piezoelektrických ultrazvukových měničů je telemetrie a systémy dálkového ovládání, a jeho konkrétní příklady použití zahrnují zejména piezoelektrické keramické bzučáky, piezoelektrické zapalovače, a ultrazvukové mikroskopy.
3. Aplikace v optoelektronice
Kromě piezoelektrického jevu, piezoelektrická keramika má také pyroelektrický efekt, fotoelasticita a fotoelektrický jev. Aplikace v tomto ohledu zahrnují: modulátory světla, světelné ventily, elektrooptické displeje, optické úložiště informací, ukládání a zobrazení obrazu, a elektronicky řízené polychromatické filtry. Transparentní feroelektrická keramika (PLZT) je cenný nový elektronický materiál, který otevírá vývoj piezoelektrických keramických materiálů v elektrooptických aplikacích. Široký variabilní sortiment a nízká cena.
4. Piezoelektrický ovladač
Piezoelektrické aktuátory jsou vyrobeny z piezoelektrického keramického materiálu zirkoničitan titaničitan olovnatý (PZT). Při použití jednodeskového piezoelektrického keramického PZT, Na oba konce je třeba přivést napětí 5KV, aby se dosáhlo hnacího zdvihu asi 10 mikronů pro PZT o tloušťce 1 cm. Přivedení tak vysokého napětí na PZT může způsobit porušení izolace a mechanické poškození.
Protože velikost deformace piezoelektrické keramiky je nezávislá na tloušťce, byl vyvinut stohovaný piezoelektrický aktuátor. Piezoelektrická keramika je vyrobena do velmi tenkých plátů (0.05 Nyní lze vyrábět piezoelektrické keramické desky), a více piezoelektrických keramických substrátů je mechanicky zapojeno do série, paralelně na okruhu, a poté slinovány dohromady.
Takto, velký výtlak pohonu lze získat aplikací napětí několika stovek voltů. V aplikacích, flexibilní závěsové konstrukce s malým objemem, žádné mechanické tření, žádné povolení, a vysoká citlivost pohybu byla také vyvinuta pro zesílení posunu.
5. Mikro lokátor
Mikropolohovače se používají hlavně pro řízení polohy s mikronovou a submikronovou přesností, jako je výroba optických přístrojů, dokování optických vláken, vysoce přesné trojrozměrné mikroposuvné stoly, vysoce přesné obrábění a výzkum tunelových efektů.
V polohovací technice, tradiční polohovací zařízení, jako jsou valivé nebo posuvné vodicí kolejnice, přesné šroubovité klínové mechanismy, turbínovo-vačkové mechanismy, řadicí pákové mechanismy a další mechanické převodové mikroposuvné pohony tvoří polohovací mechanismus, kvůli existenci velkých mezer a tření, takže nelze dosáhnout ultrapřesného umístění.
Použití piezoelektrických aktuátorů v kombinaci s flexibilními mechanismy zesílení pantů může překonat výše uvedené nedostatky a dosáhnout ultrapřesného polohování na mikronano úrovni.
6. Ultrazvukový motor
Ultrazvukový motor je nový typ motoru, který je poháněn piezoelektrickými keramickými materiály. Pod střídavým elektrickým polem, keramika vytváří jev natahování. Když je v pružném tělese vybuzen určitý typ vibrací a fluktuace ultrazvukové frekvence, povrch pružného tělesa tlačí předmět, který je s ním v kontaktu, pomocí třecí síly.
Obvykle pomocí konverze a rekombinace různých vibračních režimů, piezoelektrický motor může převést jednoduchý režim natahování piezoelektrického těla na požadovaný režim jízdy, který lze použít ke generování rotačního nebo lineárního pohybu.
7. Aktivní regulace vibrací
Aktivní regulace vibrací využívá inteligentní funkci piezoelektrické keramiky (piezoelektrická keramika dokáže snímat nejen šumové signály, ale také vysílat akustické signály s opačnými fázemi a stejnou intenzitou jako šumový signál pro zrušení funkce šumu), používá se hlavně v letadlech, potápění Aktivní kontrola hluku lodí a vojenských vozidel je velmi užitečná high-tech a bude hrát důležitou roli v budoucí vojenské oblasti.
8. Ultrazvukové lékařské ošetření
Nejrozšířenějším piezoelektrickým ultrazvukovým lékařským nástrojem je ultrazvukový diagnostický přístroj typu B. V tomto diagnostickém přístroji je použita ultrazvuková generující sonda vyrobená z piezoelektrické keramiky.
Ultrazvukové vlny, které vydává, se přenášejí v lidském těle, a různé tkáně v těle mají různé odrazové a přenosové účinky na ultrazvukové vlny. Odražené ultrazvukové vlny jsou přeměněny na elektrické signály piezoelektrickým keramickým přijímačem, a zobrazí se na obrazovce, podle kterého pozice, lze vidět velikost a přítomnost nebo nepřítomnost lézí každého vnitřního orgánu. Ultrasonografie typu B se obvykle používá ke kontrole viscerální nemocné tkáně (jako je hmota, atd.).
Piezoelektrickou keramiku lze využít i v ultrazvukové terapii. Když ultrazvuková vlna vstupující do lidského těla dosáhne určité intenzity, může způsobit zahřátí a mírné vibrace určité části lidského těla, který může hrát roli masáže a masáže, a dosáhnout cíle léčby, jako je léčba kloubů, trauma a napětí svalů a jiných měkkých tkání. Dále, ultrazvuk lze také použít k drcení tělesných kamenů, jako jsou žlučové kameny, ledvinové kameny, kameny v močových cestách, atd.
Ve zkratce, jako hlavní funkční materiál v moderní průmyslové výrobě, piezoelektrická keramika je upřednostňována mnoha průmyslovými odvětvími špičkových technologií, jako jsou elektronické technologie, kosmonautika, biologický výzkum, atd. Předpokládá se, že se zlepšením příslušné technické úrovně, kvalita piezoelektrických keramických materiálů se bude dále zlepšovat a uplatňovat ve více průmyslových odvětvích, podpora vývoje materiálů prostřednictvím jejich vlastních výhod.
