Прымяненне п'езаэлектрычнай керамікі ў новых галінах (1)

Прагляды: 1 Аўтар: Рэдактар сайта Час публікацыі: 2019-09-16 Паходжанне: Сайт

Запытайцеся

Паколькі браты Кюры адкрылі п'езаэлектрычны эфект турмаліну ў 1880 годзе, гісторыя п'езаэлектрычнай керамікі пачалася з кварца і BaTiO3, кераміка адыграла важную ролю ў гісторыі п'езаэлектрыкаў. Аднак пасля адкрыцця п'езаэлектрычнай керамікі PZT хуткасць прымянення п'езаэлектрычнай керамікі значна паскорылася, і прымяненне п'езаэлектрычнай керамікі набыло новую сітуацыю.

П'езаэлектрычная кераміка - гэта функцыянальныя керамічныя матэрыялы, якія пераўтвараюць механічную энергію і электрычную энергію адна ў адну і аказваюць п'езаэлектрычны эфект. Так званы п'езаэлектрычны эфект адносіцца да з'явы, калі палярызацыя (або электрычнае поле) выклікаецца напружаннем або напружанне (або дэфармацыя) выклікаецца электрычным полем. Першы - гэта станоўчы п'езаэлектрычны эфект, а другі - адмоўны п'езаэлектрычны эфект. Электрычны эфект. Да гэтага часу гэты п'езаэлектрычны эфект п'езаэлектрычны трубкавы пераўтваральнік прымяняецца ў многіх галінах, цесна звязаных з жыццём людзей, у тым ліку ў прамысловасці, ваенных, медыцынскіх і паўсядзённым жыцці. Відаць, што даследаванне п'езаэлектрычнай керамікі мае вялікае значэнне. З з'яўленнем новых працэсаў і новых матэрыялаў п'езаэлектрычная кераміка змяняецца з кожным днём. У гэтым артыкуле апісваюцца некаторыя новыя прымянення п'езаэлектрычнай керамікі. шырокае прымяненне п'езаэлектрычнай керамікі шырока выкарыстоўваюцца. Увогуле, яго можна падзяліць на кантроль частоты, зандзіраванне пераўтваральніка і оптыка-электронныя прылады. п'езаэлектрычныя керамічныя прылады кантролю частоты ўключаюць фільтры, рэзанатары і лініі затрымкі. Гэтыя прылады выкарыстоўваюцца ў схемах затрымкі трэкераў, мікракампутараў і каляровых тэлевізараў. П'езаэлектрычныя керамічныя лісты (п'езаэлектрычныя вібратары) ствараюць механічныя ваганні з пэўнай частатой пад дзеяннем вонкавага пераменнага напружання. У цэлым амплітуда такой вібрацыі невялікая, але калі частата прыкладзенага напружання супадае з частатой натуральнай механічнай вібрацыі п'езаэлектрычнага вібратара, узнікае рэзананс, і амплітуда значна павялічваецца. У гэты час пераменнае электрычнае поле стварае дэфармацыю за кошт адваротнага п'езаэлектрычнага эфекту, а дэфармацыя стварае ток за кошт станоўчага п'езаэлектрычнага эфекту.

П'езаэлектрычныя прылады шырока выкарыстоўваюцца не толькі ў прамысловай і грамадзянскай прадукцыі, але і ў ваенных мэтах. напрыклад, Пьезокерамический пераўтваральнік выкарыстоўваўся для запальвання на працягу доўгага часу. У 1969 годзе Кітай выкарыстаў п'езаэлектрычныя матэрыялы на п'езаэлектрычных узрывальнікаў, абсталяваў 40 новых ракет і пачаў масавую вытворчасць. Максімальны гадавы выпуск перавысіў 3 мільёны штук, а сукупны выпуск за 103 гады склаў больш за 20 мільёнаў штук. Існуе каля 103 разнавіднасцяў, якія ў асноўным выкарыстоўваюцца ў бранябойных снарадах. У іншых важных галінах, такіх як радыёлакацыйнае, ваеннае абсталяванне сувязі і навігацыйнае абсталяванне, патрабуецца вялікая колькасць п'езакерамічных фільтраў і п'езаэлектрычных фільтраў SAW. Як нядаўна адзначыла амерыканская кампанія па ацэнцы тэхналогій і рынку ў справаздачы Tamar, п'езаэлектрычныя фільтры з'яўляюцца асноўным кампанентам, на які людзі звяртаюць мала ўвагі, але важныя без іх. Сучасныя сродкі сувязі, навігацыі і абароны не будуць працаваць. Гэтая важная роля п'езаэлектрычнага фільтра сфармавала велізарны рынак, і яго прымяненне працягвае пашырацца. Возьмем у якасці прыкладу мой выпадак. На працягу многіх гадоў распрацоўваў і вырабляў шмат тыпаў п'езаэлектрычных керамічных фільтраў, п'езаэлектрычных фільтраў SAW, ліній затрымкі SAW і вібратараў; распрацаваў і вырабіў розныя тыпы п'езаэлектрычных акселерометраў, п'езаэлектрычных гіраскопаў і электрычных інклінометраў ціску і г.д., якія шырока выкарыстоўваліся ў ваенных і грамадзянскіх мэтах.

2 новыя прылады і новыя праграмы

Новыя п'езаэлектрычныя прывады з вялікім аб'ёмам усё часцей выкарыстоўваюцца пасля вынаходства п'езаэлектрычных прывадаў, асабліва шматслойных п'езаэлектрычных прывадаў, асабліва ў дакладным пазіцыянаванні. Шматслойныя п'езаэлектрычныя прывады шырока выкарыстоўваюцца ў замежных краінах у сістэмах упырску паліва і сістэмах падвескі. Добра вядома, што метады зруху п'езаэлектрычнай керамікі або электрастрыкцыйнай п'езакерамікі ўключаюць у сябе кампазітную структуру з напругай крыві, адзіную пласціну і двайную структуру пласціны. Аднак кожная з гэтых тэхналогій мае адпаведныя абмежаванні з пункту гледжання памеру, масы, максімальнага перамяшчэння і грузападымальнасці. Быў распрацаваны новы суцэльны керамічны прывад, які дасягае вельмі высокага восевага зрушэння (1000 мкм) і можа вытрымліваць умераны ціск прыкладна 0,6 МПа). Унікальная структура гэтага керамічнага актуатара, званага «чырвоным» (складаецца з аднаўляючага пласта і ўнутранага зрушанага аксіднага пласта), надае яму характарыстыку напружання і дэфармацыі, якая шырэйшая, чым іншыя структурныя дыяпазоны. Структура «дождж» можа быць зроблена шляхам атмасфернага спякання і гарачага прэсавання керамікі, асабліва п'езаэлектрычнай і электрастрыкцыйнай керамікі PLZT. Напрыклад, 2/53/47 (La/Zr/Ti). 5,5/56/44, 8 6/65/35 і 8/70/30. Айдын Доган і іншыя супрацоўнікі Міжнароднага цэнтра прывадаў і пераўтваральнікаў пры Універсітэце Пенсільваніі распрацавалі мармуровыя і купальныя прывады. Купальны прывад складаецца з цыліндрычнага п'езаэлектрычнага керамічнага элемента, заціснутага паміж двума металічнымі накрыўкамі ў форме ўсечанага конуса, які дэманструе зрушэнне ў 40 разоў большае, чым керамічны кампанент таго ж памеру, і эфектыўны каэфіцыент п'езаэлектрычнага зарада. Прыкладна ў 40 разоў больш, чым сам PZT.

Тыповыя прымяненні гэтых новых керамічных прывадаў ўключаюць лінейныя прывады, поршневыя і поршневыя помпы, выключальнікі, гучнагаварыцелі, манометры, вібратары, вадзяныя бруі і рэсіверы, аптычныя дэфлектары, рэле, прылады для памяншэння шуму і аднімання вібрацыі і інтэлектуальныя сістэмы. У прыватнасці, мармуровыя і купальныя актуаторы маюць вялікі патэнцыял у аўтамабільнай прамысловасці, іх можна выкарыстоўваць у якасці датчыкаў і кампанентаў дэмпфераў, перамыкаючых элементаў клапанаў. Мармуровы прывад выкарыстоўваецца ў прыкладаннях, дзе невялікі памер і хуткая рэакцыя. Ён паспяхова выкарыстоўваецца ў аптычных сканарах. Назапашвальнік памяці высокай шчыльнасці. Іншым магчымым выкарыстаннем прывада шарыкавага тыпу, напрыклад, прывада CDROM і магнітна-аптычнага назапашвальніка памяці, з'яўляецца яго дакладнае размяшчэнне для транспарціроўкі. Мармуровыя і купальныя прывады таксама можна выкарыстоўваць у гідрафонах, акселерометрах і аэраакустычных пераўтваральніках. Асаблівасці для розных тыпаў п'езакерамічных прывадаў. П'езаэлектрычныя і электрастрыкцыйныя керамічныя прывады можна падзяліць на прылады жорсткага перамяшчэння і прылады рэзананснага перамяшчэння. Прылада рэзананснага перамяшчэння - гэта пераменная дэфармацыя, якая ствараецца ўзбуджаннем электрычнага поля пераменнага току з механічнай рэзананснай частатой, напрыклад, п'езаэлектрычны ультрагукавы рухавік. Для таго, каб замяніць звычайны электрамагнітны рухавік. Даследчыкі прыклалі шмат намаганняў для распрацоўкі ультрагукавых рухавікоў высокай магутнасці. Ультрагукавыя рухавікі характарызуюцца «нізкай хуткасцю і высокім крутоўным момантам», што знаходзіцца ў прамым кантрасце з высокай хуткасцю і малым крутоўным момантам электрамагнітных рухавікоў.

Ультрагукавы рухавік, які зараз знаходзіцца ў стадыі распрацоўкі, мае тып стаячай хвалі і тып хвалі перадачы, які таксама называецца тыпам вібрацыйнай муфты. Вібрацыйны элемент злучаны з п'езаэлектрычным прывадам для стварэння гарызантальнага эліптычнага руху ад канца. Увогуле, тып стаячай хвалі мае высокую эфектыўнасць, але не хапае станоўчых і адмоўных праблем з кіраваннем тактавым сігналам. Зараз распрацаваны лінейны ультрагукавой рухавік, які аб'ядноўвае некалькі слаёў п'езаэлектрычных прывадаў і металічных ножак у форме камертона. Паколькі частата механічнага рэзанансу паміж дзвюма нагамі нязначна адрозніваецца, дзвюма нагамі можна кіраваць, змяняючы частату руху. Рознасць фаз згінальных ваганняў. Яго рух слізгацення падобны на выкарыстанне канём пярэдніх і задніх ног. Пры напрузе 6 В з частатой 98 кГц тэставы рухавік памерам 20 мм × 20 мм × 5 мм мае максімальную хуткасць 20 м/с, максімальную цягу 2 Н і максімальны ККД 20 % (уключаная магутнасць 0,7 Вт). Гэты рухавік выкарыстоўваўся на дакладных платформах xY.

Рэжым перадачы (тып павярхоўнай хвалі) спалучае ў сабе два віды стаячых хваль з двума відамі рознасці фаз на 90° у часе і прасторы і мае тую перавагу, што можна кіраваць як прамым, так і зваротным напрамкамі кручэння. З дапамогай перадачы сілы пругкасці, якая ствараецца п'езаэлектрычныя керамічныя пласціны , кальцавой паўзунок, які знаходзіцца ў кантакце з паверхняй пругкай хвалі, прылепленай да п'езаэлектрычнага цела, прыводзіцца ў рух з двух напрамкаў шляхам змены уваходнага напружання сінуса і косінуса. Яшчэ адна перавага заключаецца ў тым, што структура вельмі тонкая, што робіць яе прыдатнай для выкарыстання ў якасці прылады аўтафакусоўкі ў камеры. Фотаапарат Canon 'EOS' серыі 80 абсталяваны ультрагукавым рухавіком.