Cos'è la ceramica piezoelettrica
Ceramiche piezoelettriche si riferiscono a policristalli formati dalla miscelazione di ossidi (zirconia, ossido di piombo, ossido di titanio, eccetera.) dopo sinterizzazione ad alta temperatura e reazione in fase solida, e facendoli avere un effetto piezoelettrico attraverso il trattamento di polarizzazione ad alta tensione CC. Un termine generico per ceramica ferroelettrica, è un materiale ceramico funzionale in grado di convertire l'energia meccanica e l'energia elettrica l'una nell'altra.
Ceramiche piezoelettriche sono una classe di materiali ceramici elettronici con proprietà piezoelettriche. La differenza principale rispetto ai tipici cristalli di quarzo piezoelettrici che non contengono componenti ferroelettrici è che le fasi cristalline che costituiscono i loro componenti principali sono tutti grani ferroelettrici.
Classificazione di Ceramica piezoelettrica
Secondo i componenti principali della struttura cristallina, le ceramiche piezoelettriche possono essere suddivise in tipo perovskite, tipo bronzo tungsteno, tipo a strati di bismuto e tipo pirocloro.
Secondo i tipi di componenti, le ceramiche piezoelettriche possono essere suddivise in sistemi di unità, sistemi binari, sistemi ternari e sistemi multielemento.
Ceramica piezoelettrica processo di preparazione
Il processo di preparazione delle ceramiche piezoelettriche utilizzate nella produzione vera e propria comprende generalmente diversi processi importanti come il dosaggio, fresatura a sfere, pre-sinterizzazione, modanatura, rimozione della plastica, sinterizzazione, e polarizzazione.
Le condizioni pre-cottura includono la temperatura, velocità di riscaldamento, tempo di attesa, uniformità della temperatura, atmosfera, densità degli ingredienti, eccetera.;
Le condizioni di scarico della plastica includono la velocità di riscaldamento, tempo di attesa, atmosfera;
I nuovi metodi di stampaggio includono lo stampaggio a pressione, stampaggio di materie plastiche e stampaggio di liquami;
Le condizioni di sinterizzazione includono la temperatura di sinterizzazione, velocità di riscaldamento, tempo di attesa, velocità di raffreddamento, metodo di raffreddamento e simili.
Processo di lavorazione della ceramica piezoelettrica – Taglio
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Applicazione di Ceramica piezoelettrica
Ceramiche piezoelettriche sono materiali ceramici con funzionalità informativo che possono convertire l'energia meccanica e l'energia elettrica l'una nell'altra. Oltre alla piezoelettricità, anche le ceramiche piezoelettriche hanno proprietà dielettriche, elasticità, eccetera., e sono stati ampiamente utilizzati nell'imaging medico, sensori acustici, trasduttori acustici, motori ad ultrasuoni, eccetera.
Oltre ad essere utilizzato in campi ad alta tecnologia, le ceramiche piezoelettriche sono ampiamente utilizzate anche nella vita quotidiana. Per esempio, ci sono tanti amici che fumano intorno a noi. in circostanze normali, avranno un accendino in tasca. La maggior parte degli accendini comunemente usati vengono accesi dalla ceramica piezoelettrica attraverso la scarica della punta.
Parlando in generale, l'applicazione della ceramica piezoelettrica può essere suddivisa in controllo della frequenza, sensori di trasduttori e dispositivi optoelettronici.
1. Dispositivo di controllo della frequenza in ceramica piezoelettrica
I dispositivi di controllo della frequenza piezoelettrici includono filtri, risonatori e linee di ritardo, eccetera. Questi dispositivi sono utilizzati nelle macchine raddoppiatrici, microcomputer, circuiti di ritardo TV a colori, e simili. Lastre ceramiche piezoelettriche (vibratori piezoelettrici) genererà vibrazioni meccaniche di una certa frequenza sotto l'azione di una tensione alternata esterna.
Generalmente, l'ampiezza di questa vibrazione è piccola, ma quando la frequenza della tensione applicata è uguale alla frequenza di vibrazione meccanica naturale del vibratore piezoelettrico, verrà provocata una risonanza, e l'ampiezza sarà notevolmente aumentata. In questo momento, il campo elettrico alternato genera tensione attraverso l'effetto piezoelettrico inverso, e la tensione genera corrente attraverso l'effetto piezoelettrico positivo.
Utilizzo delle caratteristiche dei vibratori piezoelettrici, vari filtri, risonatori, eccetera. può essere prodotto, che hanno una buona stabilità di frequenza, alta precisione, ampia gamma di frequenze applicabili, taglia piccola, nessun assorbimento di umidità, e lunga vita, soprattutto nelle apparecchiature di comunicazione multicanale. Può migliorare le prestazioni anti-interferenza, quindi ha sostituito una parte considerevole di oscillatori e filtri elettromagnetici, e questa tendenza è ancora in via di sviluppo.
2. Trasduttore piezoelettrico
I trasduttori piezoelettrici utilizzano l'effetto piezoelettrico e l'effetto piezoelettrico inverso della ceramica piezoelettrica per realizzare la conversione reciproca di energia elettrica ed energia sonora. Il trasduttore ultrasonico piezoelettrico è uno di questi, che è un dispositivo acustico subacqueo che trasmette e riceve onde ultrasoniche sott'acqua.
Sotto l'azione delle onde sonore, il trasduttore piezoelettrico in acqua indurrà cariche ad entrambe le estremità del trasduttore, che è il ricevitore dell'onda sonora; se un campo elettrico alternato viene applicato alla lastra di ceramica piezoelettrica, il foglio di ceramica a volte diventa più sottile, a volte si ispessisce, e allo stesso tempo, vibra ed emette onde sonore. Questo è un trasmettitore ad ultrasuoni.
I trasduttori piezoelettrici sono ampiamente utilizzati anche nella navigazione acquatica, rilevamento degli oceani, misurazione di precisione, pulizia ad ultrasuoni, rilevamento di difetti solidi, imaging medico, diagnosi ecografica, e il trattamento delle malattie ad ultrasuoni nel settore. Un altro campo di applicazione degli odierni trasduttori ultrasonici piezoelettrici è quello dei sistemi di telemetria e controllo remoto, e i suoi esempi di applicazione specifici includono principalmente cicalini piezoelettrici in ceramica, accenditori piezoelettrici, e microscopi ad ultrasuoni.
3. Applicazioni in optoelettronica
Oltre all'effetto piezoelettrico, anche le ceramiche piezoelettriche hanno effetto piroelettrico, fotoelasticità ed effetto fotoelettrico. Le applicazioni a questo riguardo includono: modulatori di luce, valvole luminose, display elettro-ottici, memorizzazione ottica delle informazioni, memorizzazione e visualizzazione delle immagini, e filtri policromatici controllati elettronicamente. Ceramica ferroelettrica trasparente (PLZT) è un nuovo prezioso materiale elettronico, che apre lo sviluppo di materiali ceramici piezoelettrici in applicazioni elettro-ottiche. Ampia gamma variabile e basso costo.
4. Driver piezoelettrico
Gli attuatori piezoelettrici sono fabbricati in materiale ceramico piezoelettrico, zirconato titanato di piombo (PZT). Se viene utilizzato un PZT ceramico piezoelettrico a piastra singola, è necessario applicare una tensione di 5KV ad entrambe le estremità per ottenere una cilindrata di circa 10 micron per un PZT di 1 cm di spessore. L'applicazione di una tensione così elevata al PZT può causare la rottura dell'isolamento e causare danni meccanici.
Poiché la quantità di deformazione della ceramica piezoelettrica è indipendente dallo spessore, è stato sviluppato un attuatore piezoelettrico impilato. Le ceramiche piezoelettriche sono realizzate in fogli molto sottili (0.05 Ora è possibile produrre lastre ceramiche piezoelettriche da mm), e più substrati ceramici piezoelettrici sono collegati in serie meccanicamente, in parallelo sul circuito, e poi sinterizzati insieme.
In questo modo, è possibile ottenere una grande cilindrata applicandovi una tensione di diverse centinaia di volt. Nelle applicazioni, strutture a cerniera flessibili con volume ridotto, nessun attrito meccanico, nessuna autorizzazione, e un'elevata sensibilità al movimento sono stati sviluppati anche per l'amplificazione dello spostamento.
5. Microlocalizzatore
I microposizionatori vengono utilizzati principalmente per il controllo del posizionamento con precisione micron e sub-micron, come la produzione di strumenti ottici, aggancio in fibra ottica, tavole micromovibili tridimensionali ad alta precisione, lavorazioni meccaniche di alta precisione e ricerca sugli effetti tunnel.
Nella tecnologia di posizionamento, dispositivi di posizionamento tradizionali, come guide rotanti o scorrevoli, meccanismi a cuneo elicoidale di precisione, meccanismi di camme a turbina, i meccanismi a leva del cambio e altri azionamenti di microspostamento a trasmissione meccanica costituiscono il meccanismo di posizionamento, a causa dell'esistenza di ampi spazi e attriti, pertanto non è possibile ottenere un posizionamento ultrapreciso.
L'uso di attuatori piezoelettrici combinati con meccanismi di amplificazione a cerniera flessibile può superare le carenze di cui sopra e ottenere un posizionamento ultrapreciso a livello micro-nano.
6. Motore ad ultrasuoni
Il motore ad ultrasuoni è un nuovo tipo di motore, che è guidato da materiali ceramici piezoelettrici. Sotto il campo elettrico alternato, la ceramica produce un fenomeno di stiramento. Quando nel corpo elastico viene eccitato un certo tipo di vibrazione e fluttuazione della frequenza ultrasonica, la superficie del corpo elastico spinge l'oggetto a contatto con l'aiuto della forza di attrito.
Di solito attraverso la conversione e la ricombinazione di vari modi di vibrazione, il motore piezoelettrico può convertire la semplice modalità di allungamento del corpo piezoelettrico nella modalità di guida richiesta che può essere utilizzata per generare movimento rotatorio o lineare.
7. Controllo attivo delle vibrazioni
Il controllo attivo delle vibrazioni utilizza la funzione intelligente della ceramica piezoelettrica (le ceramiche piezoelettriche non solo sono in grado di rilevare i segnali di rumore, ma invia anche segnali acustici con fasi opposte e di uguale intensità al segnale di rumore per annullare la funzione rumore), è utilizzato principalmente negli aerei, immersioni Il controllo attivo del rumore delle imbarcazioni e dei veicoli militari è un'alta tecnologia molto utile e svolgerà un ruolo importante nel futuro campo militare.
8. Trattamento medico ad ultrasuoni
Lo strumento medico ad ultrasuoni piezoelettrico più utilizzato è lo strumento diagnostico ad ultrasuoni di tipo B. In questo strumento diagnostico viene utilizzata la sonda generatrice di ultrasuoni in ceramica piezoelettrica.
Le onde ultrasoniche da esso emesse vengono trasmesse nel corpo umano, e vari tessuti del corpo hanno effetti di riflessione e trasmissione diversi sulle onde ultrasoniche. Le onde ultrasoniche riflesse vengono convertite in segnali elettrici dal ricevitore ceramico piezoelettrico, e visualizzato sullo schermo, secondo cui la posizione, si possono osservare le dimensioni e la presenza o l'assenza di lesioni di ciascun organo interno. L'ecografia di tipo B viene solitamente utilizzata per controllare il tessuto viscerale malato (come la massa, eccetera.).
La ceramica piezoelettrica può essere utilizzata anche nella terapia a ultrasuoni. Quando l'onda ultrasonica che entra nel corpo umano raggiunge una certa intensità, può far riscaldare e vibrare leggermente una certa parte del corpo umano, che può svolgere il ruolo di massaggio e massaggio, e raggiungere lo scopo del trattamento, come il trattamento delle articolazioni, traumi e tensioni muscolari e altri tessuti molli. Inoltre, gli ultrasuoni possono essere utilizzati anche per frantumare i calcoli del corpo, come i calcoli biliari, calcoli renali, calcoli delle vie urinarie, eccetera.
In breve, come principale materiale funzionale nella moderna produzione industriale, la ceramica piezoelettrica è preferita da molte industrie high-tech, come la tecnologia elettronica, aerospaziale, ricerca biologica, eccetera. Si ritiene che con il miglioramento del livello tecnico pertinente, la qualità dei materiali ceramici piezoelettrici sarà ulteriormente migliorata e applicata in più settori, promuovere lo sviluppo dei materiali attraverso i propri vantaggi.
