Was ist piezoelektrische Keramik?
Piezoelektrische Keramik beziehen sich auf Polykristalle, die durch Mischen von Oxiden gebildet werden (Zirkonia, Bleioxid, Titanoxid, usw.) nach Hochtemperatursintern und Festphasenreaktion, und ihnen einen piezoelektrischen Effekt durch DC-Hochspannungs-Polarisationsbehandlung zu verleihen. Ein allgemeiner Begriff für ferroelektrische Keramiken, Es ist ein funktionelles keramisches Material, das mechanische Energie und elektrische Energie ineinander umwandeln kann.
Piezoelektrische Keramik sind eine Klasse elektronischer Keramikmaterialien mit piezoelektrischen Eigenschaften. Der Hauptunterschied zu typischen piezoelektrischen Quarzkristallen, die keine ferroelektrischen Komponenten enthalten, besteht darin, dass die Kristallphasen, aus denen ihre Hauptkomponenten bestehen, alle ferroelektrische Körner sind.
Klassifizierung von Piezoelektrische Keramik
Nach den Hauptbestandteilen der Kristallstruktur, Piezoelektrische Keramiken können in Perowskit-Typ unterteilt werden, tungsten bronze type, Wismutschichttyp und Pyrochlortyp.
Je nach Art der Komponenten, Piezoelektrische Keramiken können in Einheitssysteme unterteilt werden, binäre Systeme, ternäre Systeme und Mehrelementsysteme.
Piezoelektrische Keramik Vorbereitungsprozess
Der Herstellungsprozess von piezoelektrischen Keramiken, die in der tatsächlichen Produktion verwendet werden, umfasst im Allgemeinen mehrere wichtige Prozesse, wie z. B. Chargenbildung, Kugelfräsen, Vorsintern, Formen, Plastik entfernen, Sintern, und Polarisierung.
Die Bedingungen vor dem Brennen umfassen die Temperatur, Erwärmungsrate, Haltezeit, Temperaturgleichmäßigkeit, Atmosphäre, Dichte der Zutaten, usw.;
Die Bedingungen für die Abgabe des Kunststoffs umfassen die Erwärmungsrate, Haltezeit, Atmosphäre;
Zu den neuen Formverfahren gehört das Druckformen, Kunststoffformen und Schlickerformen;
Die Sinterbedingungen umfassen die Sintertemperatur, Erwärmungsrate, Haltezeit, Kühlrate, Kühlverfahren und dergleichen.
Verarbeitungsprozess von piezoelektrischen Keramiken – Schneiden
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Anwendung von Piezoelektrische Keramik
Piezoelektrische Keramik sind informationsfunktionale Keramikmaterialien, die mechanische Energie und elektrische Energie ineinander umwandeln können. Neben Piezoelektrizität, piezoelektrische Keramiken haben auch dielektrische Eigenschaften, Elastizität, usw., und sind in der medizinischen Bildgebung weit verbreitet, akustische Sensoren, akustische Wandler, Ultraschallmotoren, usw.
Neben dem Einsatz in Hightech-Bereichen, Piezoelektrische Keramiken sind auch im täglichen Leben weit verbreitet. Zum Beispiel, Es gibt viele Freunde, die um uns herum rauchen. unter normalen Umständen, Sie werden ein Feuerzeug in der Tasche haben. Die meisten der üblicherweise verwendeten Feuerzeuge werden durch piezoelektrische Keramik durch Spitzenentladung gezündet.
Allgemein gesagt, Die Anwendung von piezoelektrischen Keramiken kann in Frequenzsteuerung unterteilt werden, Wandlererfassung und optoelektronische Geräte.
1. Piezoelektrisches keramisches Frequenzsteuergerät
Piezoelektrische Frequenzsteuergeräte umfassen Filter, Resonatoren und Verzögerungsleitungen, usw. Diese Geräte werden in Doubliermaschinen verwendet, Mikrocomputer, Farb-TV-Verzögerungsschaltungen, und dergleichen. Piezoelektrische Keramikplatten (piezoelektrische Vibratoren) erzeugt unter Einwirkung einer äußeren Wechselspannung mechanische Schwingungen einer bestimmten Frequenz.
Allgemein, die Amplitude dieser Schwingung ist klein, aber wenn die Frequenz der angelegten Spannung die gleiche wie die natürliche mechanische Vibrationsfrequenz des piezoelektrischen Vibrators ist, Resonanz wird verursacht, und die Amplitude wird stark erhöht. Zu diesem Zeitpunkt, das elektrische Wechselfeld erzeugt durch den inversen piezoelektrischen Effekt eine Spannung, und die Dehnung erzeugt Strom durch den positiven piezoelektrischen Effekt.
Nutzung der Eigenschaften von piezoelektrischen Vibratoren, verschiedene Filter, Resonatoren, usw. hergestellt werden können, die eine gute Frequenzstabilität haben, hohe Präzision, breiten anwendbaren Frequenzbereich, kleine Größe, keine Feuchtigkeitsaufnahme, und lange Lebensdauer, insbesondere in Mehrkanal-Kommunikationsgeräten. Es kann die Entstörungsleistung verbessern, damit hat es einen beträchtlichen Teil der elektromagnetischen Oszillatoren und Filter ersetzt, und dieser Trend entwickelt sich immer noch.
2. Piezoelektrischer Wandler
Piezoelektrische Wandler nutzen den piezoelektrischen Effekt und den inversen piezoelektrischen Effekt von piezoelektrischen Keramiken, um die gegenseitige Umwandlung von elektrischer Energie und Schallenergie zu realisieren. Einer davon ist der piezoelektrische Ultraschallwandler, Dies ist ein akustisches Unterwassergerät, das Ultraschallwellen unter Wasser sendet und empfängt.
Unter Einwirkung von Schallwellen, Der piezoelektrische Wandler in Wasser induziert Ladungen an beiden Enden des Wandlers, das ist der Schallwellenempfänger; wenn ein elektrisches Wechselfeld an die piezoelektrische Keramikfolie angelegt wird, Die Keramikplatte wird manchmal dünner. Manchmal wird sie dicker, und gleichzeitig, es vibriert und sendet Schallwellen aus. Dies ist ein Ultraschallsender.
Piezoelektrische Wandler sind auch in der Wassernavigation weit verbreitet, Ozeanerkennung, Präzisionsmessung, Ultraschallreinigung, solide Fehlererkennung, medizinische Bildgebung, Ultraschalldiagnostik, und Ultraschall-Krankheitsbehandlung in der Industrie. Ein weiteres Anwendungsgebiet heutiger piezoelektrischer Ultraschallwandler sind Telemetrie- und Fernwirksysteme, und seine spezifischen Anwendungsbeispiele umfassen hauptsächlich piezoelektrische Keramiksummer, piezoelektrische Zünder, und Ultraschallmikroskope.
3. Anwendungen in der Optoelektronik
Zusätzlich zum piezoelektrischen Effekt, piezoelektrische Keramiken haben auch einen pyroelektrischen Effekt, Photoelastizität und photoelektrischer Effekt. Anwendungen in diesem Zusammenhang umfassen: Lichtmodulatoren, Lichtventile, elektrooptische Anzeigen, Optische Informationsspeicherung, Bildspeicherung und Anzeige, und elektronisch gesteuerte polychromatische Filter. Transparente ferroelektrische Keramik (PLZT) ist ein wertvolles neues elektronisches Material, was die Entwicklung von piezoelektrischen Keramikmaterialien in elektrooptischen Anwendungen eröffnet. Breiter variabler Bereich und niedrige Kosten.
4. Piezoelektrischer Treiber
Piezoaktoren werden aus dem piezoelektrischen Keramikwerkstoff Blei-Zirkonat-Titanat hergestellt (PZT). Wenn ein piezoelektrisches Keramik-PZT mit einer einzigen Platte verwendet wird, An beiden Enden muss eine Spannung von 5 KV angelegt werden, um eine Antriebsverschiebung von etwa zu erhalten 10 Mikrometer für ein 1 cm dickes PZT. Das Anlegen einer so hohen Spannung an das PZT kann dazu führen, dass die Isolierung zusammenbricht und mechanische Schäden verursacht werden.
Da das Ausmaß der Verformung von piezoelektrischen Keramiken unabhängig von der Dicke ist, ein gestapelter piezoelektrischer Aktuator wurde entwickelt. Die piezoelektrischen Keramiken werden zu sehr dünnen Platten verarbeitet (0.05 mm können jetzt piezoelektrische Keramikplatten hergestellt werden), und mehrere piezoelektrische Keramiksubstrate sind mechanisch in Reihe geschaltet, parallel auf der Schaltung, und dann zusammen gesintert.
Auf diese Weise, Eine große Antriebsverschiebung kann durch Anlegen einer Spannung von mehreren hundert Volt erreicht werden. Bei Anwendungen, flexible Scharnierstrukturen mit kleinem Volumen, keine mechanische Reibung, keine Freigabe, und hohe Bewegungsempfindlichkeit wurden auch für die Verschiebungsverstärkung entwickelt.
5. Mikro-Locator
Mikropositionierer werden hauptsächlich zur Positionierungssteuerung mit Mikrometer- und Submikrometer-Präzision verwendet, wie die Herstellung optischer Instrumente, LWL-Docking, hochpräzise dreidimensionale Mikrobewegungstische, Hochpräzisionsbearbeitung und Erforschung von Tunneleffekten.
In der Ortungstechnik, traditionelle Positionierungsgeräte, wie rollende oder gleitende Führungsschienen, Präzisionsschraubenkeilmechanismen, Turbinen-Nocken-Mechanismen, Getriebehebelmechanismen und andere Mikroverschiebungsantriebe mit mechanischer Übertragung bilden den Positionierungsmechanismus, aufgrund des Vorhandenseins großer Lücken und Reibung, daher kann keine ultrapräzise Positionierung erreicht werden.
Die Verwendung von piezoelektrischen Aktuatoren in Kombination mit flexiblen Scharnierverstärkungsmechanismen kann die oben genannten Mängel überwinden und eine ultrapräzise Positionierung auf Mikro-Nano-Ebene erreichen.
6. Ultraschallmotor
Der Ultraschallmotor ist ein neuer Motortyp, die von piezoelektrischen Keramikmaterialien angetrieben wird. Unter dem elektrischen Wechselfeld, die Keramik erzeugt ein Dehnungsphänomen. Wenn eine bestimmte Art von Ultraschallfrequenzvibration und -schwankung im elastischen Körper angeregt wird, Die Oberfläche des elastischen Körpers drückt das Objekt mit Hilfe der Reibungskraft in Kontakt.
Meist durch Umwandlung und Rekombination verschiedener Schwingungsmoden, Der piezoelektrische Motor kann den einfachen Dehnungsmodus des piezoelektrischen Körpers in den erforderlichen Antriebsmodus umwandeln, der verwendet werden kann, um eine Dreh- oder Linearbewegung zu erzeugen.
7. Aktive Vibrationskontrolle
Die aktive Vibrationskontrolle nutzt die intelligente Funktion piezoelektrischer Keramik (piezoelektrische Keramiken können nicht nur Rauschsignale erfassen, sondern senden auch akustische Signale mit entgegengesetzten Phasen und gleicher Intensität wie das Rauschsignal aus, um die Rauschfunktion aufzuheben), Es wird hauptsächlich in Flugzeugen verwendet, Tauchen Aktiver Schallschutz von Booten und Militärfahrzeugen ist eine sehr nützliche Hightech und wird im zukünftigen militärischen Bereich eine wichtige Rolle spielen.
8. Medizinische Ultraschallbehandlung
Das am weitesten verbreitete piezoelektrische medizinische Ultraschallinstrument ist das Ultraschalldiagnoseinstrument vom B-Typ. In diesem diagnostischen Instrument wird die Ultraschall erzeugende Sonde aus piezoelektrischer Keramik verwendet.
Die von ihm ausgesandten Ultraschallwellen werden im menschlichen Körper übertragen, und verschiedene Gewebe im Körper haben unterschiedliche Reflexions- und Transmissionseffekte auf die Ultraschallwellen. Die reflektierten Ultraschallwellen werden vom piezoelektrischen Keramikempfänger in elektrische Signale umgewandelt, und auf dem Bildschirm angezeigt, entsprechend der Position, Größe und das Vorhandensein oder Fehlen von Läsionen jedes inneren Organs kann gesehen werden. B-Typ-Ultraschall wird normalerweise verwendet, um viszeral erkranktes Gewebe zu untersuchen (wie Masse, usw.).
Piezoelektrische Keramiken können auch in der Ultraschalltherapie eingesetzt werden. Wenn die in den menschlichen Körper eintretende Ultraschallwelle eine bestimmte Intensität erreicht, es kann einen bestimmten Teil des menschlichen Körpers erhitzen und leicht vibrieren lassen, die die Rolle von Massage und Massage spielen können, und den Behandlungszweck erreichen, wie die Behandlung von Gelenken, Muskeln und andere Weichteilverletzungen und -belastungen. In Ergänzung, Ultraschall kann auch zum Zerkleinern von Körpersteinen verwendet werden, wie Gallensteine, Nierensteine, Steine der Harnwege, usw.
Zusamenfassend, als Hauptfunktionsmaterial in der modernen industriellen Produktion, Piezoelektrische Keramiken werden von vielen Hightech-Industrien bevorzugt, wie Elektrotechnik, Luft- und Raumfahrt, biologische Forschung, usw. Es wird angenommen, dass mit der Verbesserung des relevanten technischen Niveaus, Die Qualität piezoelektrischer Keramikmaterialien wird weiter verbessert und in weiteren Branchen eingesetzt, Förderung der Werkstoffentwicklung durch eigene Vorteile.
