Piezoelektrik seramik (piezoelektrik seramik çip), benzer üretim sürecinden sonra seramiklere adlandırılan piezoelektrik etkiye sahip polikristalin bir malzemedir. Polikristalin polarizasyon tedavisi üretmek için oksitler (zirkonya, kurşun oksit, titanyum oksit, vb.), Yüksek sıcaklık sinterleme ve katı durum reaksiyonu ile yapılan piezoelektrik etkilere sahip ferroelektrik seramikler için genel bir terimdir. Piezoelektrik seramikler mükemmel mekanik özelliklere ve kararlı piezoelektrik özelliklere sahiptir. Kuvvet, ısı, elektrik ve ışık algılama için önemli bir fonksiyonel malzeme olarak, genlik çubukları, ultrasonik dönüştürücüler ve mikro yer değiştirme cihazları gibi elektronik bileşenlerde yaygın olarak kullanılmıştır.
Piezoelektrik seramiklerin gelişim geçmişi:
1880'de Curie Kardeşler ilk olarak turmalinin piezoelektrik etkisini keşfetti ve piezoelektrik tarihinin başlangıcını işaretledi.
1881'de Curie Kardeşler deneysel olarak ters piezoelektrik etkiyi doğruladı ve aynı pozitif ve negatif piezoelektrik sabitlerini kuvars ile verdi.
1842'den 1949'a kadar, Batio3 piezoelektrik seramiklerinde yüksek dielektrik sabit, ferroelektrik ve piezoelektrik keşfedildi. Polarizasyon sorunu daha sonra çözüldü.
1950'lerde Amerika Birleşik Devletleri ve Japonya, ultrasonik dönüştürücüler, yüksek frekanslı dönüştürücüler, basınç sensörleri, filtreler ve diğer uygulamalar üretmek için Batio3 piezoelektrik seramiklerin kullanımı üzerine araştırmalar yaptılar.
1954'te Birleşik Devletler B Jaffe ve ark. kurşun zirkonat titanatın (PZT) çok güçlü ve kararlı piezoelektrikliğe sahip olduğunu keşfetti, bu da piezoelektrik cihazların uygulama araştırmasını büyük ölçüde ilerletiyor.
Daha sonra, dünyayı ve insan yaşam alanını korumak için çevre kirliliğini önlemek için, kurşun olmayan piezoelektrik seramikler gelecekteki araştırma ve uygulamanın yönü haline geldi.
Şimdiye kadar, piezoelektrik seramiklerin uygulanması, uzay geliştirmesinden ev yaşamına kadar son derece geniş olmuştur.
Piezoelektrik seramiklerin temel kavramları:
Spontan polarizasyon
120 derecenin altında, Batio3 kristal yapısı biraz çarpıtılmıştır ve üçgen bir yapı sergiler. Ba 2+ ti 4+, O 2- ile ilgili bir yer değiştirmeye maruz kalır, bu da pozitif ve negatif yük merkezlerinin ve polarizasyonun (spontan polarizasyon) yanlış hizalanmasına neden olur. Bu geçiş sıcaklığı genellikle Curie Sıcaklığı veya Curie Noktası (TC) olarak adlandırılır.
Yapay kutuplaşma
Yapay polarizasyon, bir piezoelektrik seramik için yeterince yüksek doğrudan akım elektrik alanını uygulama ve belirli bir sıcaklık ve zamanda tutma işlemidir, elektrik alanlarını dönmeye veya başka bir deyişle, spontan polarizasyonunu yönlü düzenlemeler yapmaya zorlar. Aşağıdaki diyagram, polarizasyon tedavisinden önce seramiklerde elektrik alanlarındaki değişiklikleri göstermektedir.
Ferroelektrik Seramikler
Bazı malzemeler belirli bir sıcaklık aralığında kendiliğinden polarizasyon sergiler. Ayrıca, spontan polarizasyonu harici bir elektrik alanının etkisi ile tersine çevrilebilir ve malzemenin bu özelliğine ferroelektrik denir. Bu karakteristik seramik malzemelere ferroelektrik seramik denir.
Piezoelektrik seramik prensibi: piezoelektrik etki
Piezoelektrik etki, belirli ortamların kuvvet etkisi altındaki deformasyonunu ifade ederek medyanın yüzeyinin yüklenmesine neden olur, bu da pozitif piezoelektrik etkidir. Aksine, bir uyarma elektrik alanı uygulandığında, ortam ters piezoelektrik etki olarak bilinen mekanik deformasyona uğrar. Pozitif piezoelektrik etkinin özü, mekanik etkinin neden olduğu ortamın polarizasyonudur; Ters piezoelektrik etkinin özü, bir elektrik alanının etkisinin neden olduğu ortamın polarizasyonudur.
Piezoelektrik seramik üretimi
Piezoelektrik seramiklerin üretim sürecindeki ana adımlar şunlardır: Toplama ön işlem ön ateşleme ön ateşleme granülasyonu oluşturma işleme işleme elektrot polarizasyon yaşlanma testi.
hammadde
Hammaddeler piezoelektrik seramiklerin hazırlanmasının temelidir. PZT için ana hammaddeleri PB3O4, ZRO2 ve TIO2'dir. Hammaddeler seçilirken, genellikle kimyasal bileşimlerine ve fiziksel durumlarına dikkat edilmelidir. Hammaddeler için saflık gereksinimleri orta olmalıdır. Yüksek saflıkta hammaddeler pahalıdır ve sinterleme sıcaklığı dar sıcaklık aralığında yüksektir. Hammaddelerdeki biraz daha düşük saflığa sahip safsızlıklar, mineralizör ve eritme yardımcıları olarak işlev görebilir, bunun yerine sinterleme sıcaklığını düşürebilir ve sıcaklık aralığını genişletebilir. Bununla birlikte, aşırı düşük saflıkta olan hammaddeler daha fazla safsızlık içerir ve kullanıma uygun değildir.
Safsızlık
Safsızlıklar zararlı safsızlıklara ve faydalı safsızlıklara ayrılır. PZT doping modifikasyonu eşdeğer ikame ve heterovalent ikameye ayrılabilir; Heterovalent ikame yumuşak ikame modifikasyonu, sert ikame modifikasyonu ve diğer ikame değişikliklerine bölünebilir.
Eşdeğer ikame
Eşdeğer ikame, Pb 2+, sr 2+, mg 2+, vb. {4}} iyonlar. Sonuç olarak, PZT seramiklerinin dielektrik sabiti ↑ artar, elektromekanik bağlantı katsayısı KP ↑ artar ve piezoelektrik sabiti D artar, böylece PZT seramiklerinin piezoelektrik performansını iyileştirir.
Heterovalent ikame
Heterovalent ikamede yumuşak ikame modifikasyonu, polarizasyonu daha kolay hale getirerek zorlayıcı alan kuvveti EC'yi azaltabilen hammaddeye bazı katkı maddelerinin eklenmesini ifade eder. Bu nedenle, elektrik alanı veya stres etkisi altında, malzeme özellikleri "yumuşak" hale gelir. (Ateş ettikten sonra porselen gövde sarıya döner)
Heterovalent ikamedeki sert ikame, zorlayıcı alan kuvveti EC'yi artırabilecek ve polarizasyonu daha zor hale getiren bazı katkı maddelerinin eklenmesini ifade eder, bu da malzeme özelliklerinin elektrik alanı veya stres etkisi altında "sert" olmasına neden olur. Ateş ettikten sonra porselen gövde siyah görünür
Piezoelektrik seramik pazarı
Önemli fonksiyonel malzemeler olarak piezoelektrik seramikler, elektronik alanında önemli bir oran işgal eder. 2000 yılında, piezoelektrik seramiklerin küresel satışları yaklaşık 3 milyar ABD dolarına ulaştı. Son yıllarda, dünya çapında yıllık piezoelektrik seramik satışları%15 oranında büyüdü. Dünyayı çevre kirliliğinden korumak için Avrupa Parlamentosu, 2001 yılında, kısıtlı maddelerde kurşun içeren piezoelektrik cihazları içeren elektrik ve elektronik ekipmanlarda zararlı maddelerin kısıtlanması hakkında bir yasa çıkardı. Şu anda, yerel piezoelektrik seramik pazarındaki ürünler hala geleneksel teknoloji ve üretim yöntemlerini kullanarak faaliyet göstermektedir ve kurşunsuz ürünler henüz endüstriyel bir avantaj sağlamamıştır. Kurşunsuz, sektördeki çabaların ana yönüdür.
Piezoelektrik seramiklerin uygulanması
Piezoelektrik seramiklerin uygulanması çok kapsamlıdır. Örneğin, piezoelektrik detonatörler, ultrasonik dedektörler, piezoelektrik sürücüler, piezoelektrik ateşleyiciler, piezoelektrik konvertörler, piezoelektrik dokunmatik ekranlar, ultrasonik tersine çeviren radarlar, piezoelektrik seramik relayler, piezoelektrik seramik relaylar ve tüm piezoelektrik seramik relatları. Şirketimiz genellikle PZT -4 ve PZT -8 piezoelektrik seramikler kullanır, çünkü bu iki tip yüksek elektromekanik dönüşüm verimliliğine sahiptir ve yüksek güçlü ultrasonik jeneratör ultrasonik işleme ve transdüser bileşenlerinin ultrasonik temizliği için uygundur.