الخواص الكهرضغطية للسيراميك الكهروضغطي الشائع والمواد الكهروضغطية

 

السيراميك الكهرضغطي عبارة عن مواد كهرضغطية صناعية متعددة البلورات. تحتوي الحبيبات البلورية الموجودة داخل المادة على العديد من المجالات الكهربائية المستقطبة تلقائيًا، والتي لها اتجاه استقطاب معين، بحيث يكون هناك مجال كهربائي. عندما لا يكون هناك مجال كهربائي خارجي، يتم توزيع المجالات الكهربائية بشكل عشوائي في البلورة، ويتم إلغاء تأثيرات الاستقطاب الخاصة بها، ويصبح الاستقطاب الداخلي للسيراميك الكهرضغطي صفرًا. ولذلك، فإن السيراميك الكهروضغطي الأصلي محايد ولا يحتوي على خصائص كهرضغطية.

 

عند تطبيق مجال كهربائي خارجي على السيراميك، يتم تدوير اتجاه استقطاب المجالات الكهربائية ويميل إلى الترتيب وفقًا لاتجاه المجال الكهربائي الخارجي، بحيث تكون المادة مستقطبة. كلما كان المجال الكهربائي الخارجي أقوى، كلما تم توجيه المجالات الكهربائية بشكل أكثر دقة نحو اتجاه المجال الكهربائي الخارجي. دع شدة المجال الكهربائي الخارجي تكون كبيرة بما يكفي لتشبع استقطاب المادة، أي عندما يكون اتجاه استقطاب المجال الكهربائي متسقًا بدقة مع اتجاه المجال الكهربائي الخارجي، عند إزالة المجال الكهربائي الخارجي، يتغير اتجاه استقطاب المجال الكهربائي بشكل أساسي، أي القطب المتبقي عندما تكون القوة عالية جدًا، تكون المادة لها خصائص كهرضغطية.

 

شائع بالموجات فوق الصوتية السيراميك كهرضغطية :

(1) تيتانات الباريوم (BaTiO3) السيراميك الكهرضغطي

لديها معامل كهرضغطية عالي وثابت عازل، وقوتها الميكانيكية ليست جيدة مثل الكوارتز.

 

(2) تيتانات زركونات الرصاص Pb(Zr Ti)O3 سلسلة السيراميك الكهرضغطي (PZT)

معامل كهرضغطية مرتفع، والتغيرات في مختلف المعلمات الكهروميكانيكية مع درجة الحرارة والوقت والظروف الخارجية الأخرى صغيرة. إن إضافة عنصر أو اثنين من العناصر النزرة إلى قاعدة تيتانات زركونات الرصاص يمكن أن يؤدي إلى الحصول على مواد PZT ذات خصائص مختلفة.

 

(3) Pb(MgNb)O3-PbTiO3-PbZrO3 السيراميك الكهرضغطي (PMN)

مع معامل كهرضغطية عالي، يمكنه الاستمرار في العمل تحت ضغط يصل إلى 700 كجم/سم2، ويمكن استخدامه كجهاز استشعار للقوة عند درجة حرارة عالية.

 

المواد الكهرضغطية:

أشباه الموصلات الكهرضغطية

بما في ذلك كبريتيد الزنك، كبريتيد الكادميوم، أكسيد الزنك، كبريتيد الكادميوم

لها خصائص كهرضغطية وأشباه الموصلات

المواد الكهرضغطية البوليمرية العضوية:

واحد هو البوليمر الجزيئي العالي

مزايا فلوريد البولي فينيلدين (PVF2)، كلوريد البولي فينيل (PVC)، وفلوريد البولي فينيل: ملمس ناعم، قوة شد عالية، ومقاومة الصدمات. والنوع الآخر هو مركب البوليمر المطعم بتيتانات الباريوم (BaTiO3)

 

 

1. المكونات: إجراء المعالجة المسبقة للمواد، وإزالة الشوائب والرطوبة، ومن ثم وزن المواد الخام المختلفة قرص بيزوسيراميك حسب نسبة الصيغة. مع ملاحظة أنه يجب وضع كمية قليلة من الإضافات وسط المكونات الكبيرة.

 

2. الخلط والطحن: والغرض من ذلك هو خلط وطحن المواد الخام المختلفة لتهيئة الظروف لتفاعل الطور الصلب للتكليس المسبق. بشكل عام، يتم إستخدام الطحن الجاف أو الطحن الرطب. يمكن استخدام الطحن الجاف للدفعات الصغيرة، ويمكن استخدام الطحن الكروي أو الطحن النفاث للدفعات الكبيرة بكفاءة عالية.

 

3. التسخين المسبق: الغرض هو تنفيذ تفاعل الحالة الصلبة لمختلف المواد الخام عند درجة حرارة عالية لتصنيع السيراميك الكهرضغطي. هذه العملية مهمة جدا. سوف يؤثر بشكل مباشر على ظروف التلبيد وأداء المنتج النهائي.

 

4. الطحن الدقيق الثانوي: الغرض هو الاهتزاز الدقيق، الخلط والطحن لمسحوق السيراميك الكهرضغطي الذي تم حرقه مسبقًا، وذلك لوضع أساس متين للأداء الموحد للبورسلين.

 

5. التحبيب: الغرض هو جعل المسحوق يشكل حبيبات عالية الكثافة ذات سيولة جيدة. يمكن تنفيذ الطريقة يدويًا ولكن كفاءتها منخفضة. الطريقة الفعالة الحالية هي استخدام التحبيب بالرش. تتضمن هذه العملية إضافة مواد لاصقة.

 

6. التشكيل: الغرض هو ضغط المادة المحببة في فراغ بالحجم الجاهز المطلوب.

 

7. التفريغ البلاستيكي: الغرض منه هو إزالة المادة الرابطة المضافة أثناء التحبيب من الفراغ.

 

8. تلبيد الخزف: يتم غلق المادة الفارغة وتكلسها في الخزف عند درجة حرارة عالية. هذا الرابط مهم جدا.

 

9. معالجة الشكل: طحن المنتج المحروق إلى حجم المنتج النهائي المطلوب.

 

10. القطب الكهربائي: قم بضبط القطب الموصل العلوي على سطح السيراميك المطلوب. تشمل الطرق العامة حرق الطبقة الفضية والترسيب الكيميائي والطلاء الفراغي.

 

11. استقطاب الجهد العالي: جعل المجالات الكهربائية داخل السيراميك متوازية، بحيث يكون للسيراميك خصائص كهرضغطية.

 

اثنا عشر. اختبار التقادم: بعد استقرار أداء السيراميك، تحقق من المؤشرات المختلفة لمعرفة ما إذا كان قد تم استيفاء متطلبات الأداء المتوقعة.

 

بالمقارنة، تتمتع محولات الطاقة الخزفية الكهرضغطية تحت الماء بكهرضغطية قوية، وثابت عازل عالي، ويمكن معالجتها إلى أشكال، ولكن لها عوامل جودة ميكانيكية منخفضة، وخسائر كهربائية كبيرة، واستقرار ضعيف، لذا فهي مناسبة لمحولات الطاقة عالية الطاقة ومرشحات النطاق العريض وغيرها من التطبيقات، ولكنها ليست مثالية لتطبيقات التردد العالي والاستقرار العالي. تتميز البلورات المفردة الكهرضغطية مثل الكوارتز بكهرضغطية ضعيفة، وثابت عازل منخفض، وقيود على الحجم بسبب قيود نوع القطع، ولكنها تتمتع بثبات عالي وعوامل جودة ميكانيكية عالية. يتم استخدامها في الغالب كمذبذبات للتحكم في التردد القياسي، والانتقائية العالية (متعددة عبارة عن ممر نطاق ضيق عالي التردد) ومرشح ومحول طاقة بالموجات فوق الصوتية عالي التردد ودرجة الحرارة العالية، وما إلى ذلك.