Hvad er piezoelektrisk keramik
Piezoelektrisk keramik refererer til polykrystaller dannet ved at blande oxider (zirconia, blyoxid, titaniumoxid, etc.) efter højtemperatursintring og fastfasereaktion, og få dem til at have piezoelektrisk effekt gennem DC højspændingspolariseringsbehandling. En generel betegnelse for ferroelektrisk keramik, det er et funktionelt keramisk materiale, der kan omdanne mekanisk energi og elektrisk energi til hinanden.
Piezoelektrisk keramik er en klasse af elektroniske keramiske materialer med piezoelektriske egenskaber. Den største forskel fra typiske piezoelektriske kvartskrystaller, der ikke indeholder ferroelektriske komponenter, er, at de krystalfaser, der udgør deres hovedkomponenter, alle er ferroelektriske korn.
Klassificering af Piezoelektrisk keramik
Ifølge hovedkomponenterne i krystalstrukturen, piezoelektrisk keramik kan opdeles i perovskite type, wolfram bronze type, vismut lagdelt type og pyrochlor type.
I henhold til typer af komponenter, piezoelektrisk keramik kan opdeles i enhedssystemer, binære systemer, ternære systemer og multi-element systemer.
Piezoelektrisk keramik forberedelsesproces
Forberedelsesprocessen for piezoelektrisk keramik, der anvendes i den faktiske produktion, omfatter generelt flere vigtige processer såsom batching, kuglefræsning, forsintring, støbning, plastik fjernelse, sintring, og polarisering.
Forbrændingsbetingelserne inkluderer temperatur, opvarmningshastighed, holdetid, ensartet temperatur, stemning, tæthed af ingredienser, etc.;
Plastudledningsbetingelser inkluderer opvarmningshastighed, holdetid, stemning;
Nye støbemetoder omfatter trykstøbning, plaststøbning og gyllestøbning;
Sintringsbetingelserne inkluderer sintringstemperatur, opvarmningshastighed, holdetid, afkølingshastighed, kølemetode og lignende.
Bearbejdningsproces af piezoelektrisk keramik – Skæring
https://www.youtube.com/watch?v=u6ERADRgwR0
Anvendelse af Piezoelektrisk keramik
Piezoelektrisk keramik er informationsfunktionelle keramiske materialer, der kan omdanne mekanisk energi og elektrisk energi til hinanden. Ud over piezoelektricitet, piezoelektrisk keramik har også dielektriske egenskaber, elasticitet, etc., og har været meget brugt i medicinsk billedbehandling, akustiske sensorer, akustiske transducere, ultralydsmotorer, etc.
Ud over at blive brugt i højteknologiske områder, piezoelektrisk keramik er også meget brugt i dagligdagen. For eksempel, der er mange venner, der ryger omkring os. Under normale omstændigheder, de vil have en lighter i lommen. De fleste af de almindeligt anvendte lightere antændes af piezoelektrisk keramik gennem spidsudladning.
Generelt sagt, anvendelsen af piezoelektrisk keramik kan opdeles i frekvensstyring, transducersensor og optoelektroniske enheder.
1. Piezoelektrisk keramisk frekvenskontrolenhed
Piezoelektriske frekvensstyringsenheder inkluderer filtre, resonatorer og forsinkelseslinjer, etc. Disse enheder bruges i fordoblingsmaskiner, mikrocomputere, farve-tv-forsinkelseskredsløb, og lignende. Piezoelektriske keramiske plader (piezoelektriske vibratorer) vil generere mekaniske vibrationer af en bestemt frekvens under påvirkning af en ekstern vekselspænding.
Generelt, amplituden af denne vibration er lille, men når frekvensen af den påførte spænding er den samme som den naturlige mekaniske vibrationsfrekvens for den piezoelektriske vibrator, resonans vil blive forårsaget, og amplituden vil blive stærkt forøget. På dette tidspunkt, det vekslende elektriske felt genererer belastning gennem den omvendte piezoelektriske effekt, og belastningen genererer strøm gennem den positive piezoelektriske effekt.
Brug af egenskaberne ved piezoelektriske vibratorer, forskellige filtre, resonatorer, etc. kan fremstilles, som har god frekvensstabilitet, høj præcision, bredt anvendeligt frekvensområde, lille størrelse, ingen fugtoptagelse, og lang levetid, især i multi-kanal kommunikationsudstyr. Det kan forbedre anti-interferens ydeevnen, så det har erstattet en betydelig del af elektromagnetiske oscillatorer og filtre, og denne tendens udvikler sig stadig.
2. Piezoelektrisk transducer
Piezoelektriske transducere bruger den piezoelektriske effekt og den omvendte piezoelektriske effekt af piezoelektrisk keramik til at realisere den gensidige konvertering af elektrisk energi og lydenergi. Piezoelektrisk ultralydstransducer er en af dem, som er en undervands akustisk enhed, der transmitterer og modtager ultralydsbølger under vandet.
Under påvirkning af lydbølger, den piezoelektriske transducer i vand vil inducere ladninger i begge ender af transduceren, som er lydbølgemodtageren; hvis der påføres et vekslende elektrisk felt på den piezoelektriske keramiske plade, den keramiske plade bliver nogle gange tyndere Nogle gange bliver den tykkere, og på samme tid, den vibrerer og udsender lydbølger. Dette er en ultralydssender.
Piezoelektriske transducere er også meget brugt i vandnavigation, havdetektion, præcisionsmåling, ultralydsrensning, solid fejldetektion, medicinsk billeddannelse, ultralydsdiagnose, og ultralydsbehandling af sygdom i industrien. Et andet anvendelsesområde for nutidens piezoelektriske ultralydstransducere er telemetri- og fjernstyringssystemer, og dets specifikke anvendelseseksempler omfatter hovedsageligt piezoelektriske keramiske summer, piezoelektriske tændere, og ultralydsmikroskoper.
3. Anvendelser inden for optoelektronik
Ud over piezoelektrisk effekt, piezoelektrisk keramik har også pyroelektrisk effekt, fotoelasticitet og fotoelektrisk effekt. Ansøgninger i denne forbindelse omfatter: lysmodulatorer, lysventiler, elektro-optiske skærme, optisk informationslagring, billedlagring og visning, og elektronisk styrede polykromatiske filtre. Transparent ferroelektrisk keramik (PLZT) er et værdifuldt nyt elektronisk materiale, som åbner op for udviklingen af piezoelektriske keramiske materialer i elektro-optiske applikationer. Bredt variabelt udvalg og lave omkostninger.
4. Piezoelektrisk driver
Piezo-aktuatorer er fremstillet af det piezoelektriske keramiske materiale bly zirconate titanat (PZT). Hvis der anvendes en enkeltplade piezoelektrisk keramisk PZT, en spænding på 5KV skal påføres i begge ender for at opnå en drivende forskydning på ca 10 mikron for en 1 cm tyk PZT. Påføring af så høj en spænding på PZT kan få isoleringen til at bryde ned og forårsage mekanisk skade.
Da mængden af deformation af piezoelektrisk keramik er uafhængig af tykkelsen, en stablet piezoelektrisk aktuator er blevet udviklet. Den piezoelektriske keramik er lavet til meget tynde plader (0.05 mm piezoelektriske keramiske plader kan fremstilles nu), og flere piezoelektriske keramiske substrater er forbundet i serie mekanisk, parallelt på kredsløbet, og derefter sintret sammen.
På denne måde, en stor drevforskydning kan opnås ved at påføre en spænding på flere hundrede volt til den. I applikationer, fleksible hængselstrukturer med lille volumen, ingen mekanisk friktion, ingen klaring, og høj bevægelsesfølsomhed er også blevet udviklet til forskydningsforstærkning.
5. Mikro locator
Mikropositionere bruges hovedsageligt til positioneringskontrol med mikron og sub-mikron præcision, såsom produktion af optiske instrumenter, optisk fiber docking, højpræcisions tredimensionelle mikrobevægelige borde, højpræcisionsbearbejdning og forskning i tunneleffekter.
Inden for positioneringsteknologi, traditionelle positioneringsanordninger, såsom rullende eller glidende styreskinner, præcisions spiralformede kilemekanismer, turbine-cam mekanismer, gearstangsmekanismer og andre mekaniske transmissions-mikro-forskydningsdrev udgør positioneringsmekanismen, på grund af tilstedeværelsen af store mellemrum og friktion, så ultrapræcis positionering kan ikke opnås.
Brugen af piezoelektriske aktuatorer kombineret med fleksible hængselforstærkningsmekanismer kan overvinde ovennævnte mangler og opnå ultra-præcision positionering på mikro-nano-niveau.
6. Ultralydsmotor
Ultralydsmotor er en ny type motor, som er drevet af piezoelektriske keramiske materialer. Under det vekslende elektriske felt, keramikken frembringer et strækfænomen. Når en bestemt type ultralydsfrekvens vibrationer og fluktuationer er ophidset i den elastiske krop, overfladen af den elastiske krop skubber genstanden i kontakt med den ved hjælp af friktionskraft.
Normalt gennem konvertering og rekombination af forskellige vibrationstilstande, den piezoelektriske motor kan konvertere den simple strækningstilstand af det piezoelektriske legeme til den nødvendige køretilstand, der kan bruges til at generere rotations- eller lineær bevægelse.
7. Aktiv vibrationskontrol
Aktiv vibrationskontrol udnytter den intelligente funktion af piezoelektrisk keramik (piezoelektrisk keramik kan ikke kun registrere støjsignaler, men udsender også akustiske signaler med modsatte faser og samme intensitet som støjsignalet for at annullere støjfunktionen), det bruges hovedsageligt i fly, dykning Aktiv støjkontrol af både og militærkøretøjer er en meget nyttig højteknologi og vil spille en vigtig rolle i det fremtidige militære område.
8. Ultralyd medicinsk behandling
Det mest udbredte piezoelektriske ultralydsmedicinske instrument er B-type ultralydsdiagnostisk instrument. Den ultralydsgenererende sonde lavet af piezoelektrisk keramik bruges i dette diagnostiske instrument.
De ultralydsbølger, der udsendes af det, transmitteres i menneskekroppen, og forskellige væv i kroppen har forskellige reflektions- og transmissionseffekter på ultralydsbølgerne. De reflekterede ultralydsbølger omdannes til elektriske signaler af den piezoelektriske keramiske modtager, og vises på skærmen, hvorefter stillingen, størrelse og tilstedeværelse eller fravær af læsioner af hvert indre organ kan ses. B-type ultrasonografi bruges normalt til at kontrollere visceralt sygt væv (såsom masse, etc.).
Piezoelektrisk keramik kan også bruges i ultralydsterapi. Når ultralydsbølgen, der kommer ind i menneskekroppen, når en vis intensitet, det kan få en bestemt del af menneskekroppen til at varme op og vibrere lidt, som kan spille rollen som massage og massage, og opnå formålet med behandlingen, såsom behandling af led, muskler og andre traumer og belastninger af blødt væv. Desuden, ultralyd kan også bruges til at knuse kropssten, såsom galdesten, nyresten, urinvejssten, etc.
Kort sagt, som det vigtigste funktionelle materiale i moderne industriel produktion, piezoelektrisk keramik er begunstiget af mange højteknologiske industrier, såsom elektronisk teknologi, rumfart, biologisk forskning, etc. Det menes, at med forbedringen af det relevante tekniske niveau, kvaliteten af piezoelektriske keramiske materialer vil blive yderligere forbedret og anvendt i flere industrier, fremme udviklingen af materialer gennem deres egne fordele.
