Що таке п'єзоелектрична кераміка
П'єзоелектрична кераміка відносяться до полікристалів, утворених змішуванням оксидів (діоксид цирконію, оксид свинцю, оксид титану, тощо) після високотемпературного спікання та твердофазної реакції, і робить їх п'єзоелектричним ефектом за допомогою поляризаційної обробки високої напруги постійного струму. Загальний термін для сегнетоелектричної кераміки, це функціональний керамічний матеріал, який може перетворювати механічну та електричну енергію один в одного.
П'єзоелектрична кераміка — клас електронних керамічних матеріалів з п’єзоелектричними властивостями. Основна відмінність від типових п'єзоелектричних кристалів кварцу, які не містять сегнетоелектричних компонентів, полягає в тому, що кристалічні фази, які складають їх основні компоненти, є сегнетоелектричними зернами..
Класифікація П'єзоелектрична кераміка
За основними компонентами кристалічної структури, п'єзокераміку можна розділити на перовскітний тип, типу вольфрамової бронзи, вісмутовий шаруватий тип і пірохлорний тип.
За типами компонентів, п'єзокераміку можна розділити на блокові системи, бінарні системи, потрійні системи та багатоелементні системи.
П'єзоелектрична кераміка процес підготовки
Процес підготовки п'єзоелектричної кераміки, що використовується в реальному виробництві, зазвичай включає кілька важливих процесів, таких як дозування, кульове фрезерування, попереднє спікання, формування, видалення пластику, спікання, і поляризація.
Умови перед випалом включають температуру, швидкість нагріву, час витримки, рівномірність температури, атмосфера, щільність інгредієнтів, тощо;
Умови розряду пластику включають швидкість нагріву, час витримки, атмосфера;
Нові методи формування включають формування під тиском, пластикове формування та шламове формування;
Умови спікання включають температуру спікання, швидкість нагріву, час витримки, швидкість охолодження, спосіб охолодження тощо.
Процес обробки п'єзоелектричної кераміки – різання
HTTPS://www.youtube.com/watch?v=u6ERADRgwR0
Застосування П'єзоелектрична кераміка
П'єзоелектрична кераміка – це інформаційно-функціональні керамічні матеріали, здатні перетворювати механічну та електричну енергію один в одного. Крім п’єзоелектрики, п'єзоелектрична кераміка також має діелектричні властивості, еластичність, тощо, і широко використовуються в медичній візуалізації, акустичні датчики, акустичні перетворювачі, ультразвукові двигуни, і т.д..
Крім того, що використовується в сферах високих технологій, п’єзоелектрична кераміка також широко використовується в побуті. Наприклад, навколо нас багато друзів, які курять. За звичайних обставин, у них в кишені буде запальничка. Більшість часто використовуваних запальничок запалюються п'єзоелектричною керамікою через розряд наконечника..
Вцілому, застосування п'єзокераміки можна розділити на частотне регулювання, датчики та оптико-електронні пристрої.
1. Керамічний п'єзоелектричний пристрій регулювання частоти
П'єзоелектричні пристрої регулювання частоти включають фільтри, резонатори та лінії затримки, і т.д.. Ці пристрої використовуються в подвійних машинах, мікрокомп'ютери, схеми затримки кольорового ТБ, і тому подібне. П'єзоелектричні керамічні листи (п'єзоелектричні вібратори) буде генерувати механічні коливання певної частоти під дією зовнішньої змінної напруги.
Загалом, амплітуда цієї вібрації невелика, але коли частота прикладеної напруги така ж, як і частота власних механічних вібрацій п'єзоелектричного вібратора, виникне резонанс, і амплітуда буде значно збільшена. У цей час, змінне електричне поле створює деформацію через зворотний п'єзоелектричний ефект, і деформація генерує струм через позитивний п'єзоелектричний ефект.
Використання характеристик п'єзоелектричних вібраторів, різні фільтри, резонатори, і т.д.. можуть бути виготовлені, які мають хорошу стабільність частоти, висока точність, широкий діапазон частот, малий розмір, відсутність вологопоглинання, і довге життя, особливо в багатоканальному комунікаційному обладнанні. Це може покращити ефективність захисту від перешкод, тому він замінив значну частину електромагнітних осциляторів і фільтрів, і ця тенденція все ще розвивається.
2. П'єзоелектричний перетворювач
П'єзоелектричні перетворювачі використовують п'єзоелектричний ефект і зворотний п'єзоелектричний ефект п'єзоелектричної кераміки для реалізації взаємного перетворення електричної та звукової енергії.. Одним з них є п'єзоелектричний ультразвуковий перетворювач, який є підводним акустичним пристроєм, який передає та приймає ультразвукові хвилі під водою.
Під дією звукових хвиль, п'єзоелектричний перетворювач у воді буде індукувати заряди на обох кінцях перетворювача, який є приймачем звукових хвиль; якщо до п’єзоелектричного керамічного листа прикладати змінне електричне поле, керамічний лист іноді стає тоншим. Іноді він товщає, і в той же час, він вібрує і випромінює звукові хвилі. Це ультразвуковий передавач.
П'єзоелектричні перетворювачі також широко використовуються у водному судноплавстві, виявлення океану, точність вимірювання, ультразвукове очищення, тверда дефектоскопія, медичне зображення, ультразвукова діагностика, і ультразвукове лікування захворювань в промисловості. Іншою областю застосування сучасних п'єзоелектричних ультразвукових перетворювачів є телеметрія та системи дистанційного керування., і його конкретні приклади застосування в основному включають п'єзоелектричні керамічні зумери, п'єзоелектричні запальники, і ультразвукові мікроскопи.
3. Застосування в оптоелектроніці
Крім п'єзоефекту, п'єзокераміка також володіє піроелектричним ефектом, фотопружність і фотоефект. Заявки з цього приводу включають: модулятори світла, світлові клапани, електрооптичні дисплеї, оптичне зберігання інформації, зберігання та відображення зображень, і поліхроматичні фільтри з електронним керуванням. Прозора сегнетоелектрична кераміка (PLZT) є цінним новим електронним матеріалом, що відкриває розробку п'єзоелектричних керамічних матеріалів в електрооптичних застосуваннях. Широкий діапазон змін і низька вартість.
4. П'єзоелектричний драйвер
П'єзоприводи виготовлені з п'єзоелектричного керамічного матеріалу свинцю цирконату титаната (PZT). Якщо використовується однопластинний п’єзоелектричний керамічний PZT, напруга 5 кВ повинна бути прикладена до обох кінців, щоб отримати рухове переміщення приблизно 10 мікрон для PZT товщиною 1 см. Подача такої високої напруги на PZT може призвести до руйнування ізоляції та механічних пошкоджень.
Оскільки величина деформації п'єзокераміки не залежить від товщини, був розроблений п’єзоелектричний привод із штабелями. П'єзоелектрична кераміка складається з дуже тонких листів (0.05 мм п'єзокерамічні листи можна виготовляти вже зараз), і кілька п'єзоелектричних керамічних підкладок з'єднані послідовно механічно, паралельно по колу, а потім спікали разом.
Таким чином, великий об’єм приводу можна отримати, поклавши на нього напругу в кілька сотень вольт. У додатках, гнучкі шарнірні конструкції з невеликим об’ємом, відсутність механічного тертя, немає дозволу, і висока чутливість до руху також були розроблені для посилення зміщення.
5. Мікролокатор
Мікропозиціонери в основному використовуються для контролю позиціонування з мікронною та субмікронною точністю, наприклад, виробництво оптичних приладів, оптоволоконна док-станція, високоточні тривимірні мікропересувні столи, високоточна обробка та дослідження тунельних ефектів.
У технології позиціонування, традиційні пристрої позиціонування, такі як направляючі рейки, що кочення або ковзають, прецизійні гвинтові клинові механізми, турбінно-кулачкові механізми, Механізми важеля перемикання передач та інші механічні трансмісії з мікропереміщенням становлять механізм позиціонування, через наявність великих зазорів і тертя, тому надточне позиціонування неможливо досягти.
Використання п’єзоелектричних приводів у поєднанні з гнучкими шарнірними механізмами підсилення може подолати вищезазначені недоліки та досягти надточного позиціонування на мікро-нанорівні.
6. Ультразвуковий двигун
Ультразвуковий двигун - це новий тип двигуна, який керується п’єзоелектричними керамічними матеріалами. Під змінним електричним полем, кераміка викликає явище розтягування. При певному типі ультразвукової частоти вібрація і коливання збуджуються в пружному тілі, поверхня пружного тіла штовхає предмет, що стикається з ним, за допомогою сили тертя.
Зазвичай через перетворення та рекомбінацію різних режимів вібрації, п'єзоелектричний двигун може перетворити простий режим розтягування п'єзоелектричного тіла в необхідний режим руху, який можна використовувати для створення обертального або лінійного руху.
7. Активний контроль вібрації
Активний контроль вібрації використовує інтелектуальну функцію п’єзоелектричної кераміки (п'єзоелектрична кераміка може не тільки відчувати шумові сигнали, але також надсилати акустичні сигнали з протилежними фазами та рівною інтенсивністю сигналу шуму, щоб скасувати функцію шуму), в основному використовується в літаках, дайвінг Активний контроль шуму катерів і військових машин є дуже корисним хай-теком і зіграє важливу роль у майбутній військовій сфері.
8. Лікування ультразвуком
Найбільш широко використовуваним п’єзоелектричним ультразвуковим медичним приладом є ультразвуковий діагностичний прилад типу В. У цьому діагностичному приладі використовується ультразвуковий генеруючий зонд з п'єзокераміки.
Випромінювані ним ультразвукові хвилі передаються в організм людини, і різні тканини в організмі мають різний ефект відображення та передачі ультразвукових хвиль. Відбиті ультразвукові хвилі перетворюються в електричні сигнали п'єзоелектричним керамічним приймачем, і відображається на екрані, відповідно до якого позиція, можна побачити розміри та наявність чи відсутність уражень кожного внутрішнього органу. УЗД типу В зазвичай використовується для перевірки вісцеральної ураженої тканини (такі як маса, тощо).
П’єзоелектричну кераміку також можна використовувати в ультразвуковій терапії. Коли ультразвукова хвиля, що потрапляє в організм людини, досягає певної інтенсивності, це може змусити певну частину людського тіла нагріватися і злегка вібрувати, які можуть грати роль масажу і масажу, і досягти мети лікування, наприклад, лікування суглобів, м’язові та інші травми та розтягнення м’яких тканин. В додаток, ультразвук також можна використовувати для дроблення каменів в організмі, такі як жовчні камені, камені в нирках, камені сечовивідних шляхів, і т.д..
Коротко, як основний функціональний матеріал у сучасному промисловому виробництві, п'єзоелектричну кераміку віддають перевагу багато високотехнологічних галузей промисловості, наприклад електронні технології, аерокосмічний, біологічні дослідження, і т.д.. Вважається, що з підвищенням відповідного технічного рівня, якість п'єзоелектричних керамічних матеріалів буде вдосконалюватися і застосовуватися в більшій кількості галузей промисловості, сприяння розробці матеріалів через власні переваги.
