تطبيق السيراميك الكهرضغطي في المجالات الجديدة (1)

منذ أن اكتشف الأخوان كوري التأثير الكهرضغطي للتورمالين في عام 1880، بدأ تاريخ السيراميك الكهروضغطي من الكوارتز وBaTiO3، وقد لعب السيراميك دورًا مهمًا في تاريخ الكهرضغطية. ومع ذلك، بعد اكتشاف السيراميك الكهرضغطي PZT، تم تسريع سرعة تطبيق السيراميك الكهرضغطي بشكل كبير، واتخذ تطبيق السيراميك الكهرضغطي وضعًا جديدًا.

السيراميك الكهرضغطي عبارة عن مواد خزفية وظيفية تعمل على تحويل الطاقة الميكانيكية والطاقة الكهربائية إلى بعضها البعض ولها تأثير كهرضغطية. يشير ما يسمى بالتأثير الكهرضغطي إلى ظاهرة أن الاستقطاب (أو المجال الكهربائي) ناتج عن الإجهاد أو أن الإجهاد (أو الانفعال) ناتج عن المجال الكهربائي. الأول هو تأثير كهرضغطية إيجابي والثاني هو تأثير كهرضغطية سلبي. تأثير كهربائي. حتى الآن، هذا التأثير الكهرضغطية لقد تم تطبيق محول الطاقة الأنبوبي الكهرضغطي في العديد من المجالات المرتبطة ارتباطًا وثيقًا بحياة الناس، بما في ذلك الحياة الصناعية والعسكرية والطبية واليومية. يمكن ملاحظة أن البحث في السيراميك الكهرضغطي له أهمية كبيرة. مع ظهور عمليات جديدة ومواد جديدة، يتغير السيراميك الكهرضغطي مع مرور كل يوم. تصف هذه الورقة بعض التطبيقات الجديدة للسيراميك الكهرضغطي. يتم استخدام التطبيقات الواسعة للسيراميك الكهرضغطي على نطاق واسع. بشكل عام، يمكن تقسيمها إلى التحكم في التردد، واستشعار محول الطاقة، والأجهزة الإلكترونية البصرية. تشتمل أجهزة التحكم في التردد الخزفية الكهرضغطية على المرشحات والرنانات وخطوط التأخير. تُستخدم هذه الأجهزة في دوائر تأخير التتبع والكمبيوتر الصغير والتلفزيون الملون. تولد صفائح السيراميك الكهرضغطية (الهزازات الكهرضغطية) اهتزازًا ميكانيكيًا بتردد معين تحت تأثير الجهد المتردد الخارجي. بشكل عام، سعة هذا الاهتزاز صغيرة، ولكن عندما يكون تردد الجهد المطبق هو نفس تردد الاهتزاز الميكانيكي الطبيعي للهزاز الكهرضغطي، يحدث الرنين، وتزداد السعة بشكل كبير. في هذا الوقت، يولد المجال الكهربائي المتناوب إجهادًا من خلال التأثير الكهرضغطي العكسي، ويولد الإجهاد تيارًا من خلال التأثير الكهرضغطي الإيجابي.

تُستخدم الأجهزة الكهرضغطية على نطاق واسع ليس فقط في المنتجات الصناعية والمدنية، ولكن أيضًا في التطبيقات العسكرية. على سبيل المثال، لقد تم استخدام محول الطاقة الخزفي الانضغاطي للإشعال لفترة طويلة. في عام 1969، استخدمت الصين مواد كهرضغطية في الصمامات الكهرضغطية، المجهزة بـ 40 صاروخًا جديدًا، وبدأت الإنتاج الضخم. تجاوز الحد الأقصى للإنتاج السنوي 3 ملايين قطعة، وكان الإنتاج التراكمي في 103 سنوات أكثر من 20 مليون قطعة. هناك ما يقرب من 103 أنواع، تستخدم بشكل رئيسي في المقذوفات الخارقة للدروع. تتطلب المجالات المهمة الأخرى، مثل الرادار والاتصالات العسكرية ومعدات الملاحة، عددًا كبيرًا من المرشحات الخزفية الانضغاطية ومرشحات SAW الكهرضغطية. وكما أشارت شركة التكنولوجيا وتقييم السوق الأمريكية مؤخرًا في تقرير تامار، فإن المرشحات الكهرضغطية هي مكون أساسي لا يعيره الناس سوى القليل من الاهتمام، ولكنها مهمة بدونها. لن تعمل معدات الاتصالات والملاحة والدفاع الحديثة. لقد شكل هذا الدور الأساسي للمرشح الكهرضغطي سوقًا ضخمًا، ويستمر تطبيقه في التوسع. خذ حالتي كمثال. قامت بتطوير وإنتاج العديد من أنواع المرشحات الخزفية الكهرضغطية، ومرشحات SAW الكهرضغطية، وخطوط تأخير SAW والهزازات لسنوات عديدة؛ طورت وأنتجت أنواعًا مختلفة من مقاييس التسارع الكهرضغطية، والجيروسكوبات الكهرضغطية، ومقاييس الميل الكهربائية للضغط، وما إلى ذلك، والتي تم استخدامها على نطاق واسع في التطبيقات العسكرية والمدنية.

2 أجهزة جديدة وتطبيقات جديدة

تشمل الاستخدامات النموذجية لهذه المحركات الخزفية الجديدة المحركات الخطية، والمضخات الترددية والتجويفية، والمفاتيح، ومكبرات الصوت، وأجهزة قياس الضغط، والهزازات، ونفاثات المياه وأجهزة الاستقبال، والمنحرفات البصرية، والمرحلات، وأجهزة تقليل الضوضاء واهتزاز الطرح، والأنظمة الذكية. على وجه الخصوص، تتمتع مشغلات الرخام والقبة بإمكانيات كبيرة في صناعة السيارات، حيث يمكن استخدامها كأجهزة استشعار ومكونات مخمدات، وتبديل عناصر الصمامات. يُستخدم المشغل الرخامي في التطبيقات التي يكون فيها الحجم صغيرًا وتكون الاستجابة سريعة. وقد تم استخدامه بنجاح في الماسحات الضوئية. محرك تخزين الذاكرة عالي الكثافة. الاستخدام الآخر المحتمل لمشغل من النوع الخرزي، مثل محرك الأقراص المضغوطة ومحرك تخزين الذاكرة المغناطيسية الضوئية، هو تحديد موضعه الدقيق للنقل. يمكن أيضًا استخدام المشغلات الرخامية والقبة في السماعات المائية ومقاييس التسارع ومحولات الطاقة الصوتية الهوائية. ميزات لأنواع مختلفة من المحركات الخزفية الانضغاطية. يمكن تقسيم المحركات الخزفية الكهرضغطية والكهربائية إلى أجهزة إزاحة صلبة وأجهزة إزاحة رنانة. جهاز إزاحة الرنين عبارة عن سلالة متناوبة يتم إنشاؤها بواسطة إثارة مجال كهربائي متردد عند تردد طنين ميكانيكي، مثل محرك الموجات فوق الصوتية الكهرضغطية. من أجل استبدال المحرك الكهرومغناطيسي العادي. بذل الباحثون العديد من الجهود لتطوير محركات الموجات فوق الصوتية عالية الطاقة. تتميز محركات الموجات فوق الصوتية بـ 'السرعة المنخفضة وعزم الدوران العالي'، وهو ما يتناقض بشكل مباشر مع السرعة العالية وعزم الدوران الصغير للمحركات الكهرومغناطيسية.

يحتوي محرك الموجات فوق الصوتية قيد التطوير حاليًا على نوع موجة ثابتة ونوع موجة ثابتة من نوع موجة الإرسال، والذي يُسمى أيضًا نوع مقرنة الاهتزاز. يقترن العضو المهتز بالمحرك الكهرضغطي لإنتاج حركة بيضاوية أفقية من النهاية. بشكل عام، يتميز نوع الموجة المستقرة بكفاءة عالية، ولكن هناك نقص في مشاكل التحكم في اتجاه الساعة الإيجابية والسلبية. الآن، تم تطوير محرك خطي بالموجات فوق الصوتية يجمع بين طبقات متعددة من المحركات الكهرضغطية وأرجل معدنية على شكل شوكة ضبط. وبما أن تردد الرنين الميكانيكي بين الساقين مختلف قليلاً، فيمكن التحكم في الساقين عن طريق تغيير تردد القيادة. فرق الطور بين اهتزازات الانحناء. تشبه حركتها المنزلقة استخدام الحصان للأرجل الأمامية والخلفية. عند القيادة بجهد 6 فولت يبلغ 98 كيلو هرتز، فإن محرك الاختبار بحجم 20 مم × 20 مم × 5 مم لديه سرعة قصوى تبلغ 20 م / ث، وأقصى جر يبلغ 2 نيوتن، وكفاءة قصوى تبلغ 20٪ (طاقة تشغيلية تبلغ 0.7 واط). تم استخدام هذا المحرك على منصات xY الدقيقة.