Proprietà piezoelettriche delle comuni ceramiche piezoelettriche e dei materiali piezoelettrici

 

Le ceramiche piezoelettriche sono materiali piezoelettrici policristallini artificiali. I grani di cristallo all'interno del materiale hanno molti domini elettrici polarizzati spontaneamente, che hanno una certa direzione di polarizzazione, in modo che vi sia un campo elettrico. Quando non c'è campo elettrico esterno, i domini elettrici sono distribuiti in modo casuale nel cristallo, i loro rispettivi effetti di polarizzazione vengono annullati e la polarizzazione interna della ceramica piezoelettrica è zero. Pertanto, le ceramiche piezoelettriche originali sono neutre e non hanno proprietà piezoelettriche.

 

Quando alla ceramica viene applicato un campo elettrico esterno, la direzione di polarizzazione dei domini elettrici viene ruotata e tende a disporsi secondo la direzione del campo elettrico esterno, in modo che il materiale risulti polarizzato. Quanto più forte è il campo elettrico esterno, tanto più i domini elettrici sono rivolti con maggiore precisione nella direzione del campo elettrico esterno. Lascia che l'intensità del campo elettrico esterno sia abbastanza grande da saturare la polarizzazione del materiale, cioè quando la direzione di polarizzazione del dominio elettrico è perfettamente coerente con la direzione del campo elettrico esterno, quando il campo elettrico esterno viene rimosso, la direzione di polarizzazione del dominio elettrico cambia sostanzialmente, cioè il polo rimanente. Quando l'intensità è molto elevata, il materiale ha proprietà piezoelettriche.

 

Comune ceramica piezoelettrica ad ultrasuoni :

(1) Ceramiche piezoelettriche al titanato di bario (BaTiO3).

Ha un coefficiente piezoelettrico e una costante dielettrica elevati e la sua resistenza meccanica non è buona quanto quella del quarzo.

 

(2) Ceramica piezoelettrica serie piombo zirconato titanato Pb(Zr Ti)O3 (PZT)

Il coefficiente piezoelettrico è elevato e le variazioni di vari parametri elettromeccanici con la temperatura, il tempo e altre condizioni esterne sono piccole. L'aggiunta di uno o due oligoelementi alla base del titanato zirconato di piombo può ottenere materiali PZT con proprietà diverse.

 

(3) Ceramiche piezoelettriche Pb(MgNb)O3-PbTiO3-PbZrO3 (PMN)

Con un elevato coefficiente piezoelettrico, può continuare a funzionare sotto pressione fino a 700 kg/cm2 e può essere utilizzato come sensore di forza ad alta temperatura.

 

Materiale piezoelettrico:

Semiconduttore piezoelettrico

Compreso solfuro di zinco, solfuro di cadmio, ossido di zinco, solfuro di cadmio

Ha proprietà sia piezoelettriche che semiconduttrici

Materiali piezoelettrici polimerici organici:

Uno è un polimero ad alto peso molecolare

Vantaggi del fluoruro di polivinilidene (PVF2), cloruro di polivinile (PVC) e fluoruro di polivinile: consistenza morbida, elevata resistenza alla trazione e resistenza agli urti. L'altro tipo è il composto polimerico drogato con titanato di bario (BaTiO3)

 

 

1. Ingredienti: eseguire la pre-lavorazione dei materiali, rimuovere le impurità e l'umidità, quindi pesare le varie materie prime disco piezoceramico secondo il rapporto della formula. Tieni presente che una piccola quantità di additivi dovrebbe essere posizionata al centro degli ingredienti grandi.

 

2. Miscelazione e macinazione: lo scopo è mescolare e macinare varie materie prime per preparare le condizioni per la reazione in fase solida di precalcinazione. Generalmente viene adottata la macinazione a secco o la macinazione a umido. La macinazione a secco può essere utilizzata per piccoli lotti, mentre la macinazione a sfere o a getto può essere utilizzata per lotti grandi, con elevata efficienza.

 

3. Pre-cottura: lo scopo è effettuare la reazione allo stato solido di varie materie prime ad alta temperatura per sintetizzare ceramiche piezoelettriche. Questo processo è molto importante. Influirà direttamente sulle condizioni di sinterizzazione e sulle prestazioni del prodotto finale.

 

4. Macinazione fine secondaria: lo scopo è vibrare, mescolare e macinare finemente la polvere ceramica piezoelettrica precotta, in modo da gettare una solida base per la prestazione uniforme della porcellana.

 

5. Granulazione: Lo scopo è quello di far sì che la polvere formi granuli ad alta densità con buona fluidità. Il metodo può essere eseguito manualmente ma l'efficienza è bassa. L'attuale metodo efficiente consiste nell'utilizzare la granulazione a spruzzo. Questo processo prevede l'aggiunta di adesivi.

 

6. Formatura: Lo scopo è quello di pressare il materiale granulato in un pezzo grezzo della dimensione prefabbricata richiesta.

 

7. Scarico plastico: lo scopo è quello di rimuovere dal grezzo il legante aggiunto durante la granulazione.

 

8. Sinterizzazione in porcellana: il pezzo grezzo viene sigillato e sinterizzato in porcellana ad alta temperatura. Questo collegamento è molto importante.

 

9. Elaborazione della forma: macinazione del prodotto bruciato fino alla dimensione del prodotto finito richiesta.

 

10. Elettrodo: posizionare l'elettrodo conduttivo superiore sulla superficie ceramica richiesta. I metodi generali includono la combustione dello strato d'argento, la deposizione chimica e il rivestimento sotto vuoto.

 

11. Polarizzazione ad alta tensione: allinea i domini elettrici all'interno della ceramica, in modo che la ceramica abbia proprietà piezoelettriche.

 

Dodici. Test di invecchiamento: una volta che le prestazioni della ceramica si sono stabilizzate, controllare vari indicatori per vedere se i requisiti prestazionali attesi sono stati soddisfatti.

 

In confronto, I trasduttori ceramici piezoelettrici subacquei hanno una forte piezoelettricità, un'elevata costante dielettrica e possono essere trasformati in forme, ma hanno bassi fattori di qualità meccanica, grandi perdite elettriche e scarsa stabilità, quindi sono adatti per trasduttori ad alta potenza e filtri a banda larga e altre applicazioni, ma non ideali per applicazioni ad alta frequenza e alta stabilità. I singoli cristalli piezoelettrici come il quarzo hanno una debole piezoelettricità, una bassa costante dielettrica e limitazioni dimensionali dovute a restrizioni del tipo di taglio, ma hanno un'elevata stabilità ed elevati fattori di qualità meccanica. Sono utilizzati principalmente come oscillatori per il controllo della frequenza standard, filtri ad alta selettività (multipli è un passa banda stretto ad alta frequenza) e un trasduttore ultrasonico ad alta frequenza e alta temperatura, ecc.