خواص پیزوالکتریک سرامیک های پیزوالکتریک رایج و مواد پیزوالکتریک

 

سرامیک های پیزوالکتریک مواد پیزوالکتریک مصنوعی پلی کریستالی هستند. دانه‌های کریستالی داخل ماده دارای حوزه‌های الکتریکی خودبه‌خود پلاریزه‌ای هستند که جهت قطبش مشخصی دارند، به طوری که یک میدان الکتریکی وجود دارد. هنگامی که میدان الکتریکی خارجی وجود ندارد، حوزه های الکتریکی به طور تصادفی در کریستال توزیع می شوند، اثرات قطبش مربوطه آنها لغو می شود و قطبش داخلی سرامیک پیزوالکتریک صفر است. بنابراین سرامیک های پیزوالکتریک اصلی خنثی هستند و خاصیت پیزوالکتریک ندارند.

 

هنگامی که یک میدان الکتریکی خارجی به سرامیک اعمال می شود، جهت قطبش حوزه های الکتریکی می چرخد ​​و تمایل دارد که مطابق جهت میدان الکتریکی خارجی مرتب شوند، به طوری که ماده قطبی شود. هرچه میدان الکتریکی خارجی قوی‌تر باشد، حوزه‌های الکتریکی بیشتری با دقت بیشتری به سمت میدان الکتریکی خارجی می‌چرخند. بگذارید شدت میدان الکتریکی خارجی به اندازه‌ای زیاد باشد که قطبش ماده اشباع شود، یعنی زمانی که جهت قطبش حوزه الکتریکی کاملاً با جهت میدان الکتریکی خارجی سازگار است، وقتی میدان الکتریکی خارجی حذف می‌شود، جهت قطبش حوزه الکتریکی اساسا تغییر می‌کند، یعنی قطب باقی‌مانده وقتی استحکام بسیار زیاد است، ماده دارای خواص پیزو است.

 

مشترک سرامیک های پیزوالکتریک اولتراسونیک :

(1) سرامیک پیزوالکتریک باریم تیتانات (BaTiO3).

ضریب پیزوالکتریک و ثابت دی الکتریک بالایی دارد و استحکام مکانیکی آن به خوبی کوارتز نیست.

 

(2) سرامیک پیزوالکتریک سری Pb(Zr Ti)O3 تیتانات زیرکونات سرب (PZT)

ضریب پیزوالکتریک بالا است و تغییرات پارامترهای مختلف الکترومکانیکی با دما، زمان و سایر شرایط خارجی کم است. افزودن یک یا دو عنصر کمیاب به پایه تیتانات زیرکونات سرب می تواند مواد PZT را با خواص متفاوت بدست آورد.

 

(3) سرامیک پیزوالکتریک Pb(MgNb)O3-PbTiO3-PbZrO3 (PMN)

با ضریب پیزوالکتریک بالا، می تواند تحت فشار تا 700 کیلوگرم بر سانتی متر مربع به کار خود ادامه دهد و می تواند به عنوان سنسور نیرو در دمای بالا استفاده شود.

 

مواد پیزوالکتریک:

نیمه هادی پیزوالکتریک

از جمله سولفید روی، سولفید کادمیوم، اکسید روی، سولفید کادمیوم

این دو ویژگی پیزوالکتریک و نیمه هادی دارد

مواد پیزوالکتریک پلیمری آلی:

یکی پلیمر مولکولی بالا است

مزایای پلی وینیلیدین فلوراید (PVF2)، پلی وینیل کلراید (PVC) و پلی وینیل فلوراید: بافت نرم، استحکام کششی بالا و مقاومت در برابر ضربه. نوع دیگر ترکیب پلیمری دوپ شده با باریم تیتانات (BaTiO3) است.

 

 

1. مواد تشکیل دهنده: انجام پیش پردازش مواد، حذف ناخالصی ها و رطوبت و سپس وزن کردن مواد اولیه مختلف. دیسک پیزوسرامیک با توجه به نسبت فرمول. توجه داشته باشید که مقدار کمی از مواد افزودنی در وسط مواد درشت قرار داده شود.

 

2. مخلوط کردن و آسیاب کردن: هدف مخلوط کردن و آسیاب کردن مواد اولیه مختلف برای آماده کردن شرایط برای واکنش فاز جامد پیش کلسینه است. به طور کلی، آسیاب خشک یا آسیاب مرطوب اتخاذ می شود. می توان از آسیاب خشک برای دسته های کوچک استفاده کرد و می توان از آسیاب گلوله ای همزن یا فرز جت برای دسته های بزرگ با راندمان بالا استفاده کرد.

 

3. پیش پخت: هدف انجام واکنش حالت جامد مواد خام مختلف در دمای بالا برای سنتز سرامیک های پیزوالکتریک است. این فرآیند بسیار مهم است. این به طور مستقیم بر شرایط پخت و عملکرد محصول نهایی تأثیر می گذارد.

 

4. آسیاب ریز ثانویه: هدف ارتعاش، مخلوط کردن و آسیاب کردن پودر سرامیکی پیزوالکتریک از پیش پخته شده است، به طوری که یک پایه محکم برای عملکرد یکنواخت پرسلن ایجاد شود.

 

5. دانه بندی: هدف این است که پودر گرانول هایی با چگالی بالا با سیالیت خوب ایجاد کند. این روش را می توان به صورت دستی انجام داد اما راندمان پایین است. روش کارآمد فعلی استفاده از دانه بندی اسپری است. این فرآیند شامل افزودن چسب است.

 

6. شکل دهی: هدف این است که مواد دانه بندی شده را به یک قسمت خالی با اندازه پیش ساخته مورد نیاز فشار دهید.

 

7. تخلیه پلاستیک: هدف حذف چسب اضافه شده در حین دانه بندی از قسمت خالی است.

 

8. تف جوشی به پرسلن: بلانک در دمای بالا درز می شود و به چینی تف جوشی می شود. این لینک بسیار مهم است.

 

9. پردازش شکل: خرد کردن محصول سوخته به اندازه محصول نهایی مورد نیاز.

 

10. الکترود: الکترود رسانای بالایی را روی سطح سرامیکی مورد نیاز قرار دهید. روش های کلی شامل سوختن لایه نقره، رسوب شیمیایی و پوشش خلاء است.

 

11. پلاریزاسیون ولتاژ بالا: حوزه های الکتریکی داخل سرامیک ها را در یک راستا قرار دهید تا سرامیک ها دارای خواص پیزوالکتریک باشند.

 

دوازده. تست پیری: پس از اینکه عملکرد سرامیک پایدار شد، شاخص های مختلف را بررسی کنید تا ببینید آیا الزامات عملکرد مورد انتظار برآورده شده است یا خیر.

 

در مقایسه، مبدل های سرامیکی پیزوالکتریک زیر آب دارای پیزوالکتریک قوی، ثابت دی الکتریک بالا و قابل پردازش به شکل هستند، اما دارای فاکتورهای کیفیت مکانیکی پایین، تلفات الکتریکی زیاد و پایداری ضعیف هستند، بنابراین برای مبدل های پرقدرت و فیلترهای باند پهن و سایر کاربردها مناسب هستند، اما برای کاربردهای فرکانس بالا و پایداری بالا ایده آل نیستند. تک کریستال های پیزوالکتریک مانند کوارتز دارای پیزوالکتریک ضعیف، ثابت دی الکتریک پایین و محدودیت های اندازه به دلیل محدودیت های نوع برش هستند، اما دارای پایداری بالا و فاکتورهای کیفیت مکانیکی بالایی هستند. آنها بیشتر به عنوان نوسان ساز برای کنترل فرکانس استاندارد، فیلتر گزینش پذیری بالا (چندین یک گذر باند باریک با فرکانس بالا) و مبدل اولتراسونیک با فرکانس بالا و دمای بالا و غیره استفاده می شوند.