Zastosowanie ceramiki piezoelektrycznej w nowych dziedzinach(1)

Odkąd bracia Curie odkryli piezoelektryczne działanie turmalinu w 1880 roku, historia ceramiki piezoelektrycznej rozpoczęła się od kwarcu i BaTiO3, ceramika odegrała ważną rolę w historii piezoelektryków. Jednak po odkryciu ceramiki piezoelektrycznej PZT tempo stosowania ceramiki piezoelektrycznej uległo znacznemu przyspieszeniu, a zastosowanie ceramiki piezoelektrycznej nabrało nowej sytuacji.

Ceramika piezoelektryczna to funkcjonalne materiały ceramiczne, które przekształcają w siebie energię mechaniczną i energię elektryczną oraz mają efekt piezoelektryczny. Tak zwany efekt piezoelektryczny odnosi się do zjawiska polegającego na tym, że polaryzacja (lub pole elektryczne) jest indukowana przez naprężenie lub naprężenie (lub odkształcenie) jest indukowane przez pole elektryczne. Pierwszy z nich to pozytywny efekt piezoelektryczny, a drugi to negatywny efekt piezoelektryczny. Efekt elektryczny. Jak dotąd, ten efekt piezoelektryczny Przetwornik rurowy piezoelektryczny znalazł zastosowanie w wielu dziedzinach ściśle związanych z życiem ludzi, w tym w przemyśle, wojsku, medycynie i życiu codziennym. Widać, że duże znaczenie mają badania ceramiki piezoelektrycznej. Wraz z pojawieniem się nowych procesów i nowych materiałów, ceramika piezoelektryczna zmienia się z każdym dniem. W artykule opisano kilka nowych zastosowań ceramiki piezoelektrycznej. szerokie zastosowanie ceramiki piezoelektrycznej jest szeroko stosowane. Ogólnie można je podzielić na urządzenia sterujące częstotliwością, czujniki przetwornikowe i urządzenia optoelektroniczne. Piezoelektryczne ceramiczne urządzenia sterujące częstotliwością obejmują filtry, rezonatory i linie opóźniające. Urządzenia te są używane w obwodach opóźnienia trackera, mikrokomputera i telewizora kolorowego. Piezoelektryczne płyty ceramiczne (wibratory piezoelektryczne) wytwarzają drgania mechaniczne o określonej częstotliwości pod wpływem zewnętrznego napięcia zmiennego. Ogólnie amplituda takich wibracji jest niewielka, ale gdy częstotliwość przyłożonego napięcia jest taka sama jak częstotliwość drgań mechanicznych wibratora piezoelektrycznego, powstaje rezonans, a amplituda znacznie wzrasta. W tym momencie zmienne pole elektryczne wytwarza odkształcenie w wyniku odwrotnego efektu piezoelektrycznego, a odkształcenie generuje prąd w wyniku dodatniego efektu piezoelektrycznego.

Urządzenia piezoelektryczne znajdują szerokie zastosowanie nie tylko w produktach przemysłowych i cywilnych, ale także w zastosowaniach wojskowych. Na przykład, Przetwornik piezoelektryczny był używany do zapłonu przez długi czas. W 1969 roku Chiny zastosowały materiały piezoelektryczne w bezpiecznikach piezoelektrycznych, wyposażonych w nowe 40 rakiet i rozpoczęły masową produkcję. Maksymalna roczna produkcja przekroczyła 3 miliony sztuk, a skumulowana produkcja w ciągu 103 lat wyniosła ponad 20 milionów sztuk. Istnieje prawie 103 odmian, stosowanych głównie w pociskach przeciwpancernych. Inne ważne obszary, takie jak radar, sprzęt łączności wojskowej i nawigacja, wymagają dużej liczby filtrów piezoceramicznych i filtrów piezoelektrycznych SAW. Jak niedawno zauważyła w raporcie Tamar amerykańska firma zajmująca się oceną technologii i rynku, filtry piezoelektryczne to podstawowy element, na który ludzie nie zwracają uwagi, ale bez nich są ważni. Nowoczesny sprzęt łączności, nawigacji i obronności nie będzie działał. Ta istotna rola filtra piezoelektrycznego stworzyła ogromny rynek, a jego zastosowanie stale się rozwija. Weźmy na przykład mój przypadek. Od wielu lat opracowuje i produkuje wiele typów piezoelektrycznych filtrów ceramicznych, piezoelektrycznych filtrów SAW, linii opóźniających SAW i wibratorów; opracował i wyprodukował różnego rodzaju akcelerometry piezoelektryczne, żyroskopy piezoelektryczne i inklinometry ciśnieniowo-elektryczne itp., które są szeroko stosowane w zastosowaniach wojskowych i cywilnych.

2 nowe urządzenia i nowe aplikacje

Typowe zastosowania tych nowych siłowników ceramicznych obejmują siłowniki liniowe, pompy tłokowe i wnękowe, przełączniki, głośniki, manometry, wibratory, strumienie i odbiorniki wody, deflektory optyczne, przekaźniki, urządzenia wibracyjne redukujące i odejmujące hałas oraz systemy inteligentne. W szczególności siłowniki marmurowe i kopułkowe mają duży potencjał w przemyśle motoryzacyjnym, mogą być stosowane jako czujniki i elementy przepustnic, elementy przełączające zaworów. Siłownik marmurowy jest stosowany w zastosowaniach, w których rozmiar jest mały, a reakcja jest szybka. Został on z powodzeniem zastosowany w skanerach optycznych. Dysk o dużej gęstości pamięci. Innym możliwym zastosowaniem siłownika typu kulkowego, takiego jak napęd CDROM lub napęd pamięci magnetyczno-optycznej, jest jego precyzyjne ustawienie na czas transportu. Siłowniki marmurowe i kopułowe mogą być również stosowane w hydrofonach, akcelerometrach i przetwornikach aeroakustycznych. Funkcje dla różnych typów siłowników piezoceramicznych. Piezoelektryczne i elektrostrykcyjne siłowniki ceramiczne można podzielić na sztywne urządzenia przemieszczające i rezonansowe urządzenia przemieszczające. Rezonansowe urządzenie przemieszczające to zmienne naprężenie generowane przez wzbudzenie pola elektrycznego prądu przemiennego przy mechanicznej częstotliwości rezonansowej, takie jak piezoelektryczny silnik ultradźwiękowy. W celu zastąpienia zwykłego silnika elektromagnetycznego. Naukowcy poczynili wiele wysiłków w celu opracowania silników ultradźwiękowych dużej mocy. Silniki ultradźwiękowe charakteryzują się „niską prędkością i wysokim momentem obrotowym”, co stanowi bezpośrednie przeciwieństwo dużej prędkości i małego momentu obrotowego silników elektromagnetycznych.

Obecnie opracowywany silnik ultradźwiękowy ma typ fali stojącej i typ fali stojącej typu transmisyjnego, który jest również nazywany typem sprzęgacza wibracyjnego. Człon wibracyjny jest połączony z siłownikiem piezoelektrycznym w celu wytworzenia poziomego ruchu eliptycznego od końca. Ogólnie rzecz biorąc, typ fali stojącej ma wysoką wydajność, ale brakuje problemów ze sterowaniem dodatnim i ujemnym kierunkiem zegara. Obecnie opracowano liniowy silnik ultradźwiękowy, który łączy w sobie wiele warstw siłowników piezoelektrycznych i metalowych nóg w kształcie kamertonu. Ponieważ częstotliwość rezonansu mechanicznego pomiędzy obiema nogami jest nieco inna, obie nogi można kontrolować poprzez zmianę częstotliwości sterującej. Różnica faz pomiędzy drganiami zginającymi. Jego ruch ślizgowy jest podobny do używania przez konia przednich i tylnych nóg. Silnik testowy o wymiarach 20 mm × 20 mm × 5 mm, napędzany napięciem 6 V 98 kHz, osiąga maksymalną prędkość 20 m/s, maksymalną siłę uciągu 2 N i maksymalną sprawność 20% (moc czynna 0,7 W). Silnik ten był używany na precyzyjnych platformach xY.