Пиезоелектричната керамика (пиезоелектричен керамичен чип) е поликристален материал с пиезоелектричен ефект, кръстен на подобен производствен процес на керамиката. Това е общ термин за фероелектрична керамика с пиезоелектрични ефекти, които се правят чрез смесване на оксиди (циркония, оловен оксид, титанов оксид и др.), Високотемпературно синтероване и реакция на твърдо състояние за получаване на поликристална поляризационна лечение. Пиезоелектричната керамика има отлични механични свойства и стабилни пиезоелектрични свойства. Като важен функционален материал за сила, топлина, електричество и светлинни сензори, те са широко използвани в електронни компоненти като амплитудни пръти, ултразвукови преобразуватели и устройства за микро изместване.
Историята на развитието на пиезоелектричната керамика:
През 1880 г. братята Кюри за първи път откриват пиезоелектричния ефект на турмалин, отбелязвайки началото на историята на пиезоелектричеството.
През 1881 г. братята Кюри експериментално проверяват обратния пиезоелектричен ефект и дават същите положителни и отрицателни пиезоелектрични константи като кварц.
От 1842 до 1949 г. са открити висока диелектрична константа, фероелектричност и пиезоелектричност на пиезоелектричната керамика Batio3. Впоследствие проблемът с поляризацията беше решен.
През 50-те години на миналия век Съединените щати и Япония провеждат изследвания за използването на пиезоелектрична керамика BATIO3 за производство на ултразвукови преобразуватели, високочестотни преобразуватели, сензори за налягане, филтри и други приложения.
През 1954 г. Съединените щати B Jaffe et al. откри, че оловен цирконат титанат (PZT) има много силна и стабилна пиезоелектричност, което значително усъвършенства изследванията на приложението на пиезоелектрически устройства.
По -късно, за да се защити жилищното пространство на Земята и човека, предотвратяване на замърсяването на околната среда, не водещата пиезоелектрическа керамика се превърна в посока на бъдещите изследвания и приложение.
Досега прилагането на пиезоелектрична керамика е изключително обширно - от космическото развитие до живота на домакинствата.
Основни понятия за пиезоелектрична керамика:
Спонтанна поляризация
Под 120 градуса кристалната структура BATIO3 е леко изкривена и проявява тетрагонална структура. Ba 2+ ti 4+ претърпява изместване спрямо O 2-, което води до несъответствие на положителните и отрицателните центрове за зареждане и поляризацията (спонтанна поляризация). Тази температура на преход обикновено се нарича температура на Кюри или точка на Кюри (TC).
Изкуствена поляризация
Изкуствената поляризация е процесът на прилагане на достатъчно високо директно електрическо поле към пиезоелектрическа керамика и поддържането й при определена температура и време, принуждавайки електрическите му домейни да се въртят или, с други думи, да принудят спонтанната му поляризация да прави насочени организации. Следващата диаграма илюстрира промените в електрическите домейни в керамиката преди лечението с поляризация.
Фероелектрична керамика
Някои материали проявяват спонтанна поляризация в определен температурен диапазон. Освен това, спонтанната му поляризация може да бъде обърната от действието на външно електрическо поле и това свойство на материала се нарича фероелектричност. Керамичните материали с тази характеристика се наричат фероелектрична керамика.
Принципът на пиезоелектричната керамика: пиезоелектричен ефект
Пиезоелектричният ефект се отнася до деформацията на определени среди под действието на силата, което води до зареждане на повърхността на средата, което е положителният пиезоелектричен ефект. Напротив, когато се прилага електрическо поле за възбуждане, средата ще претърпи механична деформация, известна като обратния пиезоелектричен ефект. Същността на положителния пиезоелектричен ефект е поляризацията на средата, причинена от механично действие; Същността на обратния пиезоелектричен ефект е поляризацията на средата, причинена от действието на електрическо поле.
Производство на пиезоелектрическа керамика
Основните стъпки в производствения процес на пиезоелектрична керамика са: партида за предварително третиране преди изстрелване на гранулиране, образуваща изпичаща обработка на тестване на поляризация на електрода.
суровина
Суровините са основата за приготвяне на пиезоелектрична керамика. За PZT основните му суровини са PB3O4, Zro2 и TiO2. Когато избирате суровини, обикновено трябва да се обръща внимание на техния химичен състав и физическо състояние. Изискванията за чистота на суровините трябва да бъдат умерени. Суровините с висока чистота са скъпи, а температурата на синтероване е висока с тесен температурен диапазон. Примесите в суровините с малко по -ниска чистота могат да действат като минерализатори и помощни средства за топене, но вместо това понижават температурата на синтероване и разширяват температурния диапазон. Въпреки това, суровините с прекалено ниска чистота съдържат повече примеси и не са подходящи за употреба.
Примеси
Примесите са разделени на вредни примеси и полезни примеси. Модификацията на допинг на PZT може да бъде разделена на еквивалентно заместване и хетеровалентно заместване; Хетеровавентното заместване може да бъде разделено на меко изменение на заместване, модификация на твърда заместване и други модификации на заместване.
Еквивалентно заместване
Equivalent substitution refers to the substitution of Pb2+ions with divalent ions such as Ca2+, Sr2+, Mg2+, etc., which have smaller radii than Pb{ {4}} йони. В резултат на това диелектричната константа ε на PZT керамиката се увеличава ↑, електромеханичният коефициент на свързване kp се увеличава ↑, а пиезоелектричната константа D се увеличава, като по този начин подобрява пиезоелектрическата характеристика на пцут керамиката.
Хетеровалентно заместване
Модификацията на мекото заместване при хетеровалентно заместване се отнася до добавянето на някои добавки към суровината, които могат да намалят принудителната сила на полето чрез ↓, което прави поляризацията по -лесна. Следователно, при действието на електрическото поле или напрежението, свойствата на материала стават „меки“. (Порцелановото тяло след изстрелване пожълтява)
Твърдото заместване при хетеровалентно заместване се отнася до добавянето на някои добавки, които могат да увеличат принудителната сила на полето на полето и да затруднят поляризацията, което води до това, че свойствата на материала стават „твърди“ под действието на електрическото поле или стрес. След стрелба, порцелановото тяло изглежда черно
Пазарът на пиезоелектрична керамика
Пиезоелектричната керамика, като важни функционални материали, заемат значителна част в областта на електрониката. През 2000 г. глобалните продажби на пиезоелектрична керамика достигнаха приблизително 3 милиарда щатски долара. През последните години годишните продажби на пиезоелектрична керамика по целия свят нараснаха със скорост 15%. За да защити Земята от замърсяване на околната среда, Европейският парламент прие закон през 2001 г. относно ограничаването на вредните вещества в електрическото и електронно оборудване, което включва пиезоелектрически устройства, съдържащи олово в ограничените вещества. Понастоящем продуктите на вътрешния пиезоелектрически керамичен пазар все още работят, използвайки традиционните технологични и производствени методи, а продуктите без олово все още не са образували индустриално предимство. Free Free е основната посока на усилията в индустрията.
Прилагане на пиезоелектрична керамика
Прилагането на пиезоелектрична керамика е много широко. Например, пиезоелектрически детонатори, ултразвукови детектори, пиезоелектрични драйвери, пиезоелектрични запалители, пиезоелектрични преобразуватели, пиезоелектрични керамични вентилатори, пиезоелектрични сензорни екрани, ултразвукови радари за обръщане, пиезоелектрични релета на керами, и така, че всички нататък са пиеелектрични серамични релета. Нашата компания обикновено използва PZT -4 и PZT -8 пиезоелектрична керамика, тъй като тези два вида имат висока ефективност на електромеханична конверсия и са подходящи за ултраздбоново-ултразвукова обработка на високомощността и ултразвуково почистване на компоненти на преобразувател.