Wat is piëzo -elektrisch keramiek?

Piëzo -elektrische keramiek (piëzo -elektrische keramische chip) is een polykristallijn materiaal met piëzo -elektrisch effect, genoemd naar het soortgelijke productieproces van keramiek. Het is een algemene term voor ferro-elektrisch keramiek met piëzo-elektrische effecten, die worden gemaakt door oxiden (zirkonia, loodoxide, titaniumoxide, enz.), Hoge-temperatuur sinteren en vaste toestandsreactie om polykristallijne polarisatiebehandeling te produceren. Piëzo -elektrische keramiek heeft uitstekende mechanische eigenschappen en stabiele piëzo -elektrische eigenschappen. Als een belangrijk functioneel materiaal voor kracht, warmte, elektriciteit en lichtdetectie zijn ze op grote schaal gebruikt in elektronische componenten zoals amplitudestaven, ultrasone transducers en micro -verplaatsingsapparaten.

 

De ontwikkelingsgeschiedenis van piëzo -elektrische keramiek:

In 1880 ontdekten The Curie Brothers voor het eerst het piëzo -elektrische effect van Tourmaline, wat het begin van de geschiedenis van piëzo -elektriciteit markeerde.

In 1881 verifieerde de Curie Brothers experimenteel het omgekeerde piëzo -elektrische effect en gaven dezelfde positieve en negatieve piëzo -elektrische constanten als kwarts.

Van 1842 tot 1949 werden hoge diëlektrische constante, ferro -elektriciteit en piëzo -elektriciteit ontdekt op Batio3 piëzo -elektrisch keramiek. Het polarisatieprobleem werd vervolgens opgelost.

In de jaren 1950 hebben de Verenigde Staten en Japan onderzoek gedaan naar het gebruik van batio3 piëzo-elektrische keramiek om ultrasone transducers, hoogfrequente transducers, druksensoren, filters en andere toepassingen te produceren.

In 1954, de Verenigde Staten B Jaffe et al. ontdekt dat loodzirkonaat titanaat (PZT) zeer sterke en stabiele piëzo -elektriciteit heeft, wat het applicatieonderzoek van piëzo -elektrische apparaten aanzienlijk bevordert.

Later, om de aarde en de menselijke leefruimte te beschermen, voor het voorkomen van vervuiling van het milieu, werd niet -lood piëzo -elektrische keramiek de richting van toekomstig onderzoek en toepassing.

Tot nu toe is de toepassing van piëzo -elektrische keramiek extreem uitgebreid geweest, van ruimteontwikkeling tot huishoudelijke levensduur.

Basisconcepten van piëzo -elektrische keramiek:

Spontane polarisatie
Onder 120 graden is de Batio3 -kristalstructuur enigszins vervormd en vertoont het een tetragonale structuur. Ba 2+ ti 4+ ondergaat een verplaatsing ten opzichte van o 2-, wat resulteert in de verkeerde uitlijning van positieve en negatieve ladingcentra en polarisatie (spontane polarisatie). Deze overgangstemperatuur wordt meestal de Curie -temperatuur of Curie Point (TC) genoemd.

Kunstmatige polarisatie
Kunstmatige polarisatie is het proces van het toepassen van een voldoende hoog direct stroom elektrisch veld op een piëzo -elektrisch keramiek en deze op een bepaalde temperatuur en tijd te onderhouden, waardoor de elektrische domeinen worden gedwongen te draaien of, met andere woorden, zijn spontane polarisatie dwingen om directionele regelingen te maken. Het volgende diagram illustreert de veranderingen in elektrische domeinen in keramiek vóór polarisatiebehandeling.

Ferro -elektrisch keramiek
Sommige materialen vertonen spontane polarisatie binnen een bepaald temperatuurbereik. Bovendien kan de spontane polarisatie worden omgekeerd door de werking van een extern elektrisch veld, en deze eigenschap van het materiaal wordt ferro -elektriciteit genoemd. Keramische materialen met dit kenmerk worden ferro -elektrisch keramiek genoemd.

Het principe van piëzo -elektrische keramiek: piëzo -elektrisch effect

Het piëzo -elektrische effect verwijst naar de vervorming van bepaalde media onder de werking van kracht, waardoor het oppervlak van de media wordt geladen, wat het positieve piëzo -elektrische effect is. Integendeel, wanneer een excitatie -elektrisch veld wordt toegepast, zal het medium mechanische vervorming ondergaan, bekend als het omgekeerde piëzo -elektrische effect. De essentie van het positieve piëzo -elektrische effect is de polarisatie van het medium veroorzaakt door mechanische werking; De essentie van het omgekeerde piëzo -elektrische effect is de polarisatie van het medium veroorzaakt door de werking van een elektrisch veld.

Productie van piëzo -elektrische keramiek
De belangrijkste stappen in het productieproces van piëzo -elektrische keramiek zijn: batching voorbehandeling pre -firing granulatie vormt schietbewerking elektrode polarisatie veroudering.

 

grondstof
Grondstoffen vormen de basis voor het bereiden van piëzo -elektrische keramiek. Voor PZT zijn de belangrijkste grondstoffen PB3O4, ZRO2 en TiO2. Bij het selecteren van grondstoffen moet in het algemeen aandacht worden besteed aan hun chemische samenstelling en fysieke toestand. De zuiverheidsvereisten voor grondstoffen moeten matig zijn. Grondstoffen met hoge zuiverheid zijn duur en de sintertemperatuur is hoog met een smal temperatuurbereik. Onzuiverheden in grondstoffen met iets lagere zuiverheid kunnen werken als mineralisatiekers en smeltende hulpmiddelen, maar in plaats daarvan de sintertemperatuur verlagen en het temperatuurbereik vergroten. Grondstoffen met buitengewoon lage zuiverheid bevatten echter meer onzuiverheden en zijn echter niet geschikt voor gebruik.

 

Onzuiverheid

Onzuiverheden zijn onderverdeeld in schadelijke onzuiverheden en nuttige onzuiverheden. PZT -doping -modificatie kan worden onderverdeeld in equivalente substitutie en heteroverende substitutie; Heteroverende substitutie kan worden onderverdeeld in zachte substitutiemodificatie, modificatie van harde substitutie en andere vervangingsaanpassingen.

Gelijkwaardige vervanging
Equivalente substitutie verwijst naar de substitutie van Pb 2+ ionen met divalent ionen zoals Ca 2+, Sr 2+, Mg 2+, enz., Enz., Enz. {4}} ionen. Als gevolg hiervan neemt de diëlektrische constante ε van PZT -keramiek toe ↑, de elektromechanische koppelingscoëfficiënt KP neemt toe ↑ en de piëzo -elektrische constante d neemt toe, waardoor de piëzo -elektrische prestaties van PZT -keramiek worden verbeterd.

 

Heteroverende vervanging
Soft substitutiemodificatie in heteroverende substitutie verwijst naar de toevoeging van sommige additieven aan de grondstof die de dwangveldsterkte EC door ↓ kunnen verminderen, waardoor polarisatie gemakkelijker wordt. Daarom worden de materiaaleigenschappen onder de werking van elektrisch veld of stress "zacht". (Het porseleinen lichaam na het vuren wordt geel)

De harde substitutie in heteroverende substitutie verwijst naar de toevoeging van sommige additieven die de ec van de dwingende veldsterkte kunnen vergroten en polarisatie moeilijker kunnen maken, waardoor de materiaaleigenschappen "hard" worden onder de werking van elektrisch veld of stress. Na het schieten lijkt het porseleinen lichaam zwart

 

De markt van piëzo -elektrische keramiek

Piëzo -elektrische keramiek, als belangrijke functionele materialen, bezetten een aanzienlijk deel op het gebied van elektronica. In 2000 bereikte de wereldwijde verkoop van piëzo -elektrische keramiek ongeveer 3 miljard US dollar. In de afgelopen jaren is de jaarlijkse omzet van piëzo -elektrische keramiek wereldwijd gegroeid met een snelheid van 15%. Om de aarde te beschermen tegen vervuiling van het milieu, heeft het Europees Parlement in 2001 een wet aangenomen over de beperking van schadelijke stoffen in elektrische en elektronische apparatuur, waaronder piëzo -elektrische apparaten die lood in de beperkte stoffen bevatten. Momenteel werken producten in de binnenlandse piëzo-elektrische keramische markt nog steeds met behulp van traditionele technologie- en productiemethoden, en loodvrije producten hebben nog geen industrieel voordeel gevormd. Lead gratis is de belangrijkste richting van inspanningen in de industrie.

 

Toepassing van piëzo -elektrische keramiek

De toepassing van piëzo -elektrische keramiek is zeer uitgebreid. Bijvoorbeeld, piëzo -elektrische detonatoren, ultrasone detectoren, piëzo -elektrische stuurprogramma's, piëzo -elektrische ontstekers, piëzo -elektrische converters, piëzo -elektrische keramische fans, piëzo -elektrische aanraakschermen, ultrasone omgekeerde radars, piëzo -elektrische ceramische ceramische ceramische ceramische ceramica. Ons bedrijf maakt over het algemeen gebruik van PZT -4 en PZT -8 piëzo-elektrische keramiek omdat deze twee typen een hoge elektromechanische conversie-efficiëntie hebben en geschikt zijn voor ultrasone generator Ultrasone generator Ultrasone machines en ultrasone reiniging van transducercomponenten.