ما هو السيراميك الكهرضغطي؟ وتدفق عملية السيراميك الكهرضغطية.

السيراميك الكهرضغطي عبارة عن مادة خزفية pzt وظيفية يمكنها تحويل الطاقة الميكانيكية والطاقة الكهربائية لبعضهما البعض. إن ما يسمى بالتأثير الكهرضغطي يعني أنه عندما يتعرض وسط ما لضغط ميكانيكي، حتى لو كان هذا الضغط صغيرًا مثل اهتزاز الموجة الصوتية، فإنه سيؤدي إلى ضغط أو استطالة وتغييرات أخرى في الشكل، مما يتسبب في شحن سطح الوسط. هذه أسطوانة سيراميك بيزو ذات تأثير كهرضغطية إيجابي. على العكس من ذلك، عندما يتم تطبيق مجال كهربائي مثير، فإن الوسط سوف يتشوه ميكانيكيًا، ويسمى التأثير الكهروضغطي العكسي. وقد تم تطبيق هذا التأثير الرائع في العديد من المجالات المرتبطة ارتباطًا وثيقًا بحياة الناس لتحقيق تحويل الطاقة والاستشعار والقيادة والتحكم في التردد وغيرها من الوظائف.

تدفق العملية العامة لمحول الطاقة السيراميكي الكهرضغطي:

(1) المكونات: إجراء المعالجة المسبقة للمواد وإزالة الشوائب وإزالة الرطوبة ومن ثم وزن المواد الخام المختلفة حسب نسبة الصيغة. مع ملاحظة أنه يجب وضع كمية قليلة من المواد المضافة وسط المواد الكبيرة.
(2) الخلط والطحن: والغرض من ذلك هو خلط وطحن جميع أنواع المواد الخام، وتهيئة الظروف لتفاعل الطور الصلب الكامل للتكليس. بشكل عام، يتم إستخدام الطحن الجاف أو الرطب. يمكن استخدام الطحن الجاف للدفعات الصغيرة، ويمكن استخدام الطحن الكروي بالتحريك أو التكسير بتدفق الهواء للدفعات الكبيرة، بكفاءة أعلى.
(3) التسخين المسبق: الغرض هو إجراء تفاعل الطور الصلب لكل مادة خام عند درجة حرارة عالية لتصنيع السيراميك الكهرضغطي. هذه العملية مهمة جدًا وستؤثر بشكل مباشر على ظروف التلبيد وأداء المنتج النهائي.
(4) الطحن الدقيق الثانوي: الغرض من ذلك هو إعادة خلط مسحوق السيراميك الكهرضغطي الذي تم حرقه مسبقًا بدقة وطحنه جيدًا، وذلك لوضع أساس متين لتشكيل الخزف الموحد والأداء المتسق.
(5) التحبيب: الغرض هو جعل المسحوق يشكل جزيئات سائلة وعالية الكثافة. يمكن تنفيذ هذه الطريقة يدويًا ولكن بكفاءة منخفضة. الطريقة الفعالة الحالية هي التحبيب بالرش. في هذه العملية، يتم إضافة الموثق.
(6) التشكيل: الغرض هو ضغط المواد المحببة في الفراغ الجاهز المطلوب.
(7) التفريغ البلاستيكي: الغرض منه هو إزالة المادة الرابطة المضافة أثناء التحبيب من الفراغ.
(8) تلبيد البورسلين: يتم غلق المادة الفارغة وتكلسها في البورسلين عند درجة حرارة عالية. هذا الرابط مهم جدا.
(9) معالجة الشكل: طحن المنتجات المحروقة إلى الحجم النهائي المطلوب.
(10) القطب المستهدف: ضع قطبًا موصلًا على سطح السيراميك المطلوب. الطرق العامة هي التسلل بطبقة الفضة، والترسيب الكيميائي والطلاء الفراغي.
(II) استقطاب الجهد العالي: قم بتوجيه المجالات الكهربائية الداخلية للسيراميك، بحيث يكون للسيراميك خصائص كهرضغطية.
(12) اختبار التقادم: تحقق من المؤشرات بعد استقرار أداء السيراميك الضغطي لمعرفة ما إذا كان يلبي متطلبات الأداء المتوقعة.

في عام 1880، اكتشف الأخوان كوري الفرنسيون 'التأثير الكهروضغطي'. وفي عام 1942، تم تصنيع مادة تيتانات الباريوم الخزفية الكهرضغطية في الولايات المتحدة والاتحاد السوفيتي واليابان. في عام 1947، وُلد جهاز التقاط تيتانات الباريوم، وهو أول جهاز سيراميك كهروضغطي. في أوائل الخمسينيات من القرن العشرين، تم بنجاح تطوير مادة خزفية كهرضغطية أخرى ذات أداء أفضل بكثير من تيتانات الباريوم، وهي تيتانات زركونات الرصاص. منذ ذلك الحين، دخل تطوير السيراميك الكهرضغطي مرحلة جديدة. من الستينيات إلى السبعينيات، استمر السيراميك الكهرضغطي في التحسن وأصبح مثاليًا. على سبيل المثال، تم تحسين السيراميك الثنائي الكهرضغطي من تيتانات زركونات الرصاص باستخدام عناصر متعددة، كما ظهر أيضًا السيراميك الكهروضغطي الثلاثي والرباعي المعتمد على تيتانات زركونات الرصاص. تتميز هذه المواد بأداء ممتاز وتصنيع بسيط وتكلفة منخفضة وتطبيق واسع.

إن حساسية البيزوسيراميك للقوى الخارجية تجعله يستشعر اضطراب الأجنحة الطائرة على بعد عشرات الأمتار من الهواء، ويحول الاهتزازات الميكانيكية الضعيفة للغاية إلى إشارات كهربائية. باستخدام هذه الخاصية للسيراميك الكهروضغطي، يمكن تطبيقه على أنظمة السونار، والكشف عن الأرصاد الجوية، وحماية البيئة والقياس عن بعد، والأجهزة المنزلية، وما إلى ذلك.
في الوقت الحاضر، تم تطبيق السيراميك الكهروضغطي من قبل العلماء في بناء الدفاع الوطني، والبحث العلمي، والإنتاج الصناعي، والعديد من المجالات المرتبطة ارتباطًا وثيقًا بحياة الناس. لقد أصبحت متعددة الاستخدامات في عصر المعلومات.

في مجال الطيران، الجيروسكوبات الكهرضغطية المصنوعة من السيراميك الكهرضغطي هي 'دفة' المركبات الفضائية والأقمار الصناعية التي تحلق في الفضاء. وبالاعتماد على 'الدفة'، يمكن للمركبات الفضائية والأقمار الصناعية أن تضمن توجيهها ومسارها المحددين. تتميز الجيروسكوبات الميكانيكية التقليدية بعمر افتراضي قصير، ودقة ضعيفة، وحساسية منخفضة، ولا يمكنها تلبية متطلبات أنظمة المركبات الفضائية والأقمار الصناعية. ومع ذلك، فإن الجيروسكوبات الكهرضغطية المدمجة تتمتع بحساسية عالية وموثوقية جيدة.