Qu'est-ce que la céramique piézoélectrique
Céramique piézoélectrique se réfèrent aux polycristaux formés en mélangeant des oxydes (zircone, Oxyde de plomb, oxyde de titane, etc.) après frittage à haute température et réaction en phase solide, et leur donner un effet piézoélectrique grâce à un traitement de polarisation à haute tension CC. Un terme général pour les céramiques ferroélectriques, c'est un matériau céramique fonctionnel qui peut convertir l'énergie mécanique et l'énergie électrique l'une dans l'autre.
Céramique piézoélectrique sont une classe de matériaux céramiques électroniques avec des propriétés piézoélectriques. La principale différence avec les cristaux de quartz piézoélectriques typiques qui ne contiennent pas de composants ferroélectriques est que les phases cristallines qui composent leurs composants principaux sont toutes des grains ferroélectriques..
Classement de Céramique piézoélectrique
Selon les principaux composants de la structure cristalline, les céramiques piézoélectriques peuvent être divisées en type pérovskite, type de bronze de tungstène, type en couches de bismuth et type de pyrochlore.
Selon les types de composants, les céramiques piézoélectriques peuvent être divisées en systèmes unitaires, systèmes binaires, systèmes ternaires et systèmes multiéléments.
Céramique piézoélectrique processus de préparation
Le processus de préparation des céramiques piézoélectriques utilisées dans la production réelle comprend généralement plusieurs processus importants tels que le dosage, fraisage à billes, pré-frittage, moulage, enlèvement de plastique, frittage, et polarisation.
Les conditions de pré-cuisson incluent la température, taux de chauffage, temps de maintien, uniformité de la température, atmosphère, densité des ingrédients, etc.;
Les conditions de décharge plastique incluent le taux de chauffage, temps de maintien, atmosphère;
Les nouvelles méthodes de moulage incluent le moulage sous pression, moulage plastique et moulage en suspension;
Les conditions de frittage comprennent la température de frittage, taux de chauffage, temps de maintien, taux de refroidissement, procédé de refroidissement et similaire.
Processus de traitement des céramiques piézoélectriques – Coupe
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Application de Céramique piézoélectrique
Céramique piézoélectrique sont des matériaux céramiques à fonction d'information qui peuvent convertir l'énergie mécanique et l'énergie électrique l'une dans l'autre. En plus de la piézoélectricité, les céramiques piézoélectriques ont également des propriétés diélectriques, élasticité, etc., et ont été largement utilisés en imagerie médicale, capteurs acoustiques, transducteurs acoustiques, moteurs à ultrasons, etc..
En plus d'être utilisé dans des domaines de haute technologie, les céramiques piézoélectriques sont également largement utilisées dans la vie quotidienne. Par exemple, il y a beaucoup d'amis qui fument autour de nous. Dans des circonstances normales, ils auront un briquet dans leur poche. La plupart des briquets couramment utilisés sont allumés par des céramiques piézoélectriques grâce à la décharge de la pointe.
En général, l'application de la céramique piézoélectrique peut être divisée en contrôle de fréquence, capteur de transducteur et dispositifs optoélectroniques.
1. Dispositif de contrôle de fréquence en céramique piézoélectrique
Les dispositifs de contrôle de fréquence piézoélectriques comprennent des filtres, résonateurs et lignes à retard, etc.. Ces dispositifs sont utilisés dans les machines à doubler, micro-ordinateurs, circuits de retard TV couleur, etc. Feuilles céramiques piézoélectriques (vibrateurs piézoélectriques) va générer des vibrations mécaniques d'une certaine fréquence sous l'action d'une tension alternative externe.
En général, l'amplitude de cette vibration est faible, mais lorsque la fréquence de la tension appliquée est la même que la fréquence de vibration mécanique naturelle du vibrateur piézoélectrique, la résonance sera provoquée, et l'amplitude sera fortement augmentée. En ce moment, le champ électrique alternatif génère une contrainte par effet piézoélectrique inverse, et la contrainte génère du courant par l'effet piézoélectrique positif.
Utilisation des caractéristiques des vibrateurs piézoélectriques, divers filtres, résonateurs, etc.. peut être fabriqué, qui ont une bonne stabilité de fréquence, haute précision, large gamme de fréquences applicables, petite taille, pas d'absorption d'humidité, et longue vie, en particulier dans les équipements de communication multicanaux. Il peut améliorer les performances anti-interférences, il a donc remplacé une partie considérable des oscillateurs et filtres électromagnétiques, et cette tendance se développe encore.
2. Transducteur piézoélectrique
Les transducteurs piézoélectriques utilisent l'effet piézoélectrique et l'effet piézoélectrique inverse des céramiques piézoélectriques pour réaliser la conversion mutuelle de l'énergie électrique et de l'énergie sonore. Le transducteur ultrasonique piézoélectrique en fait partie, qui est un dispositif acoustique sous-marin qui transmet et reçoit des ondes ultrasonores sous l'eau.
Sous l'action des ondes sonores, le transducteur piézoélectrique dans l'eau induira des charges aux deux extrémités du transducteur, qui est le récepteur d'ondes sonores; si un champ électrique alternatif est appliqué à la feuille de céramique piézoélectrique, la feuille de céramique s'amincit parfois Parfois elle s'épaissit, et en même temps, il vibre et émet des ondes sonores. Ceci est un émetteur à ultrasons.
Les transducteurs piézoélectriques sont également largement utilisés dans la navigation sur l'eau, détection océanique, mesure de précision, nettoyage par ultrasons, détection de défaut solide, l'imagerie médicale, diagnostic par ultrasons, et le traitement des maladies par ultrasons dans l'industrie. Un autre domaine d'application des transducteurs ultrasonores piézoélectriques d'aujourd'hui est la télémétrie et les systèmes de contrôle à distance, et ses exemples d'application spécifiques incluent principalement les buzzers céramiques piézoélectriques, allumeurs piézoélectriques, et microscopes à ultrasons.
3. Applications en optoélectronique
En plus de l'effet piézoélectrique, les céramiques piézoélectriques ont également un effet pyroélectrique, photoélasticité et effet photoélectrique. Les applications à cet égard comprennent: modulateurs de lumière, vannes légères, écrans électro-optiques, stockage d'informations optique, stockage et affichage des images, et filtres polychromatiques contrôlés électroniquement. Céramique ferroélectrique transparente (PLZT) est un nouveau matériel électronique précieux, qui ouvre le développement de matériaux céramiques piézoélectriques dans des applications électro-optiques. Large gamme variable et faible coût.
4. Pilote piézoélectrique
Les actionneurs piézo sont fabriqués à partir du titanate de zirconate de plomb, un matériau céramique piézoélectrique (PZT). Si un PZT en céramique piézoélectrique à plaque unique est utilisé, une tension de 5KV doit être appliquée aux deux extrémités pour obtenir un déplacement moteur d'environ 10 microns pour un PZT de 1cm d'épaisseur. L'application d'une tension aussi élevée au PZT peut entraîner la rupture de l'isolation et causer des dommages mécaniques..
Étant donné que la quantité de déformation des céramiques piézoélectriques est indépendante de l'épaisseur, un actionneur piézoélectrique empilé a été développé. Les céramiques piézoélectriques sont réalisées en feuilles très fines (0.05 des feuilles de céramique piézoélectriques de mm peuvent être produites maintenant), et plusieurs substrats céramiques piézoélectriques sont connectés mécaniquement en série, en parallèle sur le circuit, puis fritté ensemble.
De cette façon, une grande cylindrée d'entraînement peut être obtenue en lui appliquant une tension de plusieurs centaines de volts. Dans les candidatures, structures articulées flexibles à faible volume, pas de frottement mécanique, pas de dégagement, et une haute sensibilité au mouvement ont également été développés pour l'amplification de déplacement.
5. Micro localisateur
Les micro-positionneurs sont principalement utilisés pour le contrôle de positionnement avec une précision micronique et submicronique, comme la production d'instruments optiques, amarrage fibre optique, tables micro-mobiles tridimensionnelles de haute précision, Usinage de haute précision et recherche sur les effets tunnel.
Dans la technologie de positionnement, dispositifs de positionnement traditionnels, tels que des rails de guidage roulants ou coulissants, mécanismes de coin hélicoïdaux de précision, mécanismes turbine-cames, les mécanismes de levier de vitesses et autres entraînements à micro-cylindrées à transmission mécanique constituent le mécanisme de positionnement, en raison de l'existence d'écarts importants et de frottements, un positionnement ultra-précis ne peut donc pas être atteint.
L'utilisation d'actionneurs piézoélectriques combinés à des mécanismes d'amplification de charnière flexibles peut surmonter les lacunes ci-dessus et obtenir un positionnement ultra-précis au niveau micro-nano.
6. Moteur à ultrasons
Le moteur à ultrasons est un nouveau type de moteur, qui est entraîné par des matériaux céramiques piézoélectriques. Sous le champ électrique alternatif, la céramique produit un phénomène d'étirement. Lorsqu'un certain type de vibration et de fluctuation de fréquence ultrasonique est excité dans le corps élastique, la surface du corps élastique pousse l'objet en contact avec elle à l'aide de la force de friction.
Généralement par la conversion et la recombinaison de divers modes de vibration, le moteur piézoélectrique peut convertir le mode d'étirement simple du corps piézoélectrique en mode d'entraînement requis qui peut être utilisé pour générer un mouvement de rotation ou linéaire.
7. Contrôle actif des vibrations
Le contrôle actif des vibrations utilise la fonction intelligente de la céramique piézoélectrique (la céramique piézoélectrique peut non seulement détecter les signaux de bruit, mais également envoyer des signaux acoustiques avec des phases opposées et une intensité égale au signal de bruit pour annuler la fonction de bruit), il est principalement utilisé dans les avions, plongée Le contrôle actif du bruit des bateaux et des véhicules militaires est une technologie de pointe très utile et jouera un rôle important dans le futur domaine militaire.
8. Traitement médical par ultrasons
L'instrument médical à ultrasons piézoélectrique le plus largement utilisé est l'instrument de diagnostic à ultrasons de type B. La sonde génératrice d'ultrasons en céramique piézoélectrique est utilisée dans cet instrument de diagnostic.
Les ondes ultrasonores émises par celui-ci sont transmises dans le corps humain, et divers tissus du corps ont des effets de réflexion et de transmission différents sur les ondes ultrasonores. Les ondes ultrasonores réfléchies sont converties en signaux électriques par le récepteur céramique piézoélectrique, et affiché à l'écran, selon laquelle la position, la taille et la présence ou l'absence de lésions de chaque organe interne peuvent être observées. L'échographie de type B est généralement utilisée pour vérifier les tissus viscéraux malades (comme la masse, etc.).
La céramique piézoélectrique peut également être utilisée en thérapie par ultrasons. Lorsque l'onde ultrasonique pénétrant dans le corps humain atteint une certaine intensité, il peut faire chauffer et vibrer légèrement une certaine partie du corps humain, qui peut jouer le rôle de massage et de massage, et atteindre le but du traitement, comme le traitement des articulations, muscles et autres traumatismes et tensions des tissus mous. En outre, les ultrasons peuvent également être utilisés pour écraser les calculs corporels, comme les calculs biliaires, calculs rénaux, calculs urinaires, etc..
Bref, comme matériau fonctionnel principal dans la production industrielle moderne, les céramiques piézoélectriques sont privilégiées par de nombreuses industries de haute technologie, comme la technologie électronique, aérospatial, recherche biologique, etc.. On pense qu'avec l'amélioration du niveau technique pertinent, la qualité des matériaux céramiques piézoélectriques sera encore améliorée et appliquée dans plus d'industries, favoriser le développement des matériaux par leurs propres avantages.
