Застосування п'єзоелектричної кераміки в нових областях(1)

Перегляди: 1 Автор: Редактор сайту Час публікації: 2019-09-16 Походження: Сайт

Запитуйте

Оскільки брати Кюрі відкрили п'єзоелектричний ефект турмаліну в 1880 році, історія п'єзоелектричної кераміки почалася з кварцу та BaTiO3, кераміка зіграла важливу роль в історії п'єзоелектриків. Однак після відкриття п'єзоелектричної кераміки PZT швидкість застосування п'єзоелектричної кераміки значно прискорилася, і застосування п'єзоелектричної кераміки набуло нової ситуації.

П'єзоелектрична кераміка - це функціональні керамічні матеріали, які перетворюють механічну енергію та електричну енергію одна в одну та мають п'єзоелектричний ефект. Так званий п’єзоелектричний ефект відноситься до явища, коли поляризація (або електричне поле) індукується напругою або напруга (або деформація) індукується електричним полем. Перший — це позитивний п’єзоелектричний ефект, а другий — негативний п’єзоелектричний ефект. Електричний ефект. Поки цей п'єзоелектричний ефект П'єзоелектричний трубковий перетворювач застосовувався в багатьох областях, тісно пов'язаних з життям людей, включаючи промисловість, військову, медичну та повсякденне життя. Як видно, дослідження п’єзоелектричної кераміки мають велике значення. З появою нових процесів і нових матеріалів п'єзоелектрична кераміка змінюється з кожним днем. Ця стаття описує деякі нові застосування п’єзоелектричної кераміки. Широке застосування широко використовується п'єзоелектрична кераміка. Загалом його можна розділити на пристрої контролю частоти, датчики перетворювача та оптоелектронні пристрої. П'єзоелектричні керамічні пристрої регулювання частоти включають фільтри, резонатори та лінії затримки. Ці пристрої використовуються в схемах затримки трекерів, мікрокомп'ютерів і кольорових телевізорів. П'єзоелектричні керамічні листи (п'єзоелектричні вібратори) створюють механічні коливання певної частоти під дією зовнішньої змінної напруги. Загалом амплітуда такої вібрації невелика, але коли частота прикладеної напруги дорівнює природній механічній частоті вібрації п’єзоелектричного вібратора, виникає резонанс, і амплітуда значно збільшується. У цей час змінне електричне поле створює напругу за допомогою зворотного п’єзоелектричного ефекту, а напруга створює струм за допомогою позитивного п’єзоелектричного ефекту.

П'єзоелектричні пристрої широко використовуються не тільки в промислових і цивільних виробах, але і у військових застосуваннях. Наприклад, п'єзокерамічний перетворювач використовувався для розпалювання протягом тривалого часу. У 1969 році Китай застосував п'єзоелектричні матеріали на п'єзоелектричних запалах, оснастив новими 40 ракетами і почав серійне виробництво. Максимальний річний випуск перевищив 3 мільйони штук, а сукупний випуск за 103 роки склав понад 20 мільйонів штук. Існує близько 103 різновидів, які в основному використовуються в бронебійних снарядах. Інші важливі сфери, такі як радар, військовий зв'язок і навігаційне обладнання, вимагають великої кількості п'єзокерамічних фільтрів і п'єзоелектричних SAW фільтрів. Як нещодавно зазначила американська компанія з оцінки технологій і ринку у звіті Tamar, п’єзоелектричні фільтри є основним компонентом, на який люди звертають мало уваги, але вони важливі без них. Сучасні засоби зв'язку, навігації та захисту не працюватимуть. Ця важлива роль п’єзоелектричного фільтра сформувала величезний ринок, і його застосування продовжує розширюватися. Візьміть мій випадок як приклад. Протягом багатьох років розробляв і виробляв багато типів п'єзоелектричних керамічних фільтрів, п'єзоелектричних фільтрів SAW, ліній затримки SAW і вібраторів; розробив і виготовив різні типи п'єзоелектричних акселерометрів, п'єзоелектричних гіроскопів, електричних інклінометрів тиску тощо, які широко використовувалися у військових і цивільних цілях.

2 нових пристрої та нові програми

Нові п'єзоелектричні приводи з великим переміщенням все частіше використовуються після винаходу п'єзоелектричних приводів, особливо багатошарових п'єзоелектричних приводів, особливо в точному позиціонуванні. Багатошарові п'єзоелектричні приводи широко використовуються в зарубіжних країнах у системах уприскування палива та системах підвіски. Добре відомо, що методи зсуву п’єзоелектричної кераміки або електрострикційної п’єзокераміки включають композитну структуру з напругою крові, одну пластину та подвійну пластину. Однак кожна з цих технологій має відповідні обмеження щодо розміру, маси, максимального переміщення та несучої здатності. Було розроблено новий однокомпонентний керамічний привод, який забезпечує дуже високе осьове зміщення (1000 мкм) і може витримувати помірний тиск приблизно 0,6 МПа). Унікальна структура цього керамічного приводу, що називається «червоним» (складається з відновного шару та внутрішнього зсувного шару оксиду), надає йому характеристику напруги та деформації, яка є ширшою, ніж інші структурні діапазони. Структура 'дощ' може бути виготовлена шляхом атмосферного спікання та гарячого пресування кераміки, особливо п'єзоелектричної та електрострикційної кераміки PLZT. Наприклад, 2/53/47 (La/Zr/Ti). 5,5/56/44, 8 6/65/35 і 8/70/30. Айдін Доган та інші працівники Міжнародного центру приводів і перетворювачів при Університеті Пенсільванії розробили мармурові та купольні приводи. Купольний привід складається з циліндричного п’єзоелектричного керамічного елемента, затиснутого між двома металевими кришками у формі усіченого конуса, який демонструє зміщення, що в 40 разів перевищує переміщення керамічного компонента такого ж розміру, і ефективний коефіцієнт п’єзоелектричного заряду. Приблизно в 40 разів більше, ніж сам PZT.

Типове використання цих нових керамічних приводів включає лінійні приводи, поршневі та порожнинні насоси, перемикачі, гучномовці, манометри, вібратори, водяні струменя та ресивери, оптичні дефлектори, реле, пристрої для зменшення та віднімання вібрації та інтелектуальні системи. Зокрема, мармурові та купольні приводи мають великий потенціал в автомобільній промисловості, їх можна використовувати як датчики та демпферні компоненти, елементи перемикання клапанів. Мармуровий привід використовується в додатках, де малий розмір і швидка відповідь. Він успішно використовується в оптичних сканерах. Накопичувач високої щільності пам'яті. Іншим можливим використанням приводу кулькового типу, такого як привід компакт-дисків і магнітно-оптичний накопичувач пам’яті, є його точне позиціонування для транспортування. Мармурові та купольні приводи також можна використовувати в гідрофонах, акселерометрах та аероакустичних перетворювачах. Особливості для різних типів п'єзокерамічних приводів. П'єзоелектричні та електрострикційні керамічні приводи можна розділити на пристрої жорсткого переміщення та резонансні пристрої переміщення. Пристрій резонансного зміщення — це змінна деформація, створена збудженням електричного поля змінного струму на механічній резонансній частоті, наприклад, п’єзоелектричний ультразвуковий двигун. Для заміни звичайного електромагнітного двигуна. Дослідники доклали багато зусиль для розробки ультразвукових двигунів високої потужності. Ультразвукові двигуни характеризуються «низькою швидкістю та високим крутним моментом», що прямо контрастує з високою швидкістю та малим крутним моментом електромагнітних двигунів.

Ультразвуковий двигун, який зараз розробляється, має тип стоячої хвилі та тип стоячої хвилі передачі, який також називають типом вібраційного муфти. Вібруючий елемент з’єднаний з п’єзоелектричним приводом для створення горизонтального еліптичного руху від кінця. Загалом, тип стоячої хвилі має високу ефективність, але не вистачає проблем із керуванням позитивним і негативним напрямком синхронізації. Тепер розроблено лінійний ультразвуковий двигун, який поєднує в собі кілька шарів п’єзоелектричних приводів і металевих ніжок у формі камертона. Оскільки механічна резонансна частота між двома ногами дещо відрізняється, обома ногами можна керувати, змінюючи частоту руху. Різниця фаз між згинальними коливаннями. Його рух ковзання подібний до використання конем передніх і задніх ніг. При напрузі 6 В з частотою 98 кГц тестовий двигун розміром 20 мм × 20 мм × 5 мм має максимальну швидкість 20 м/с, максимальну силу тяги 2 Н і максимальну ефективність 20 % (потужність 0,7 Вт). Цей двигун використовувався на точних платформах xY.

Режим передачі (тип поверхневої хвилі) поєднує два типи стоячих хвиль із двома видами різниці фаз на 90° у часі та просторі та має перевагу в тому, що можна керувати як прямим, так і зворотним напрямками обертання. За допомогою передачі сили пружності, що створюється п'єзоелектричні керамічні пластини , кільцевий повзун, який контактує з поверхнею пружної хвилі, прикріпленою до п'єзоелектричного тіла, приводиться в дію з двох напрямків шляхом зміни синусоїдної та косинусної напруги. Ще одна перевага полягає в тому, що структура дуже тонка, що робить її придатною для використання в якості пристрою автофокусування в камері. Камера Canon 'EOS' серії 80 була оснащена механізмом ультразвукового двигуна.