П'єзоелектричні властивості звичайної п'єзокераміки та п'єзоелектричних матеріалів

 

П'єзокераміка - це штучні полікристалічні п'єзоелектричні матеріали. Кристалічні зерна всередині матеріалу мають багато спонтанно поляризованих електричних доменів, які мають певний напрямок поляризації, так що існує електричне поле. Коли немає зовнішнього електричного поля, електричні домени випадково розподіляються в кристалі, їхні відповідні ефекти поляризації скасовуються, а внутрішня поляризація п’єзоелектричної кераміки дорівнює нулю. Тому вихідна п'єзокераміка нейтральна і не має п'єзоелектричних властивостей.

 

Коли до кераміки прикладається зовнішнє електричне поле, напрямок поляризації електричних доменів змінюється та має тенденцію розташовуватися відповідно до напрямку зовнішнього електричного поля, так що матеріал поляризується. Чим сильніше зовнішнє електричне поле, тим більше електричних доменів точніше повернені в напрямку зовнішнього електричного поля. Нехай інтенсивність зовнішнього електричного поля буде достатньо великою, щоб наситити поляризацію матеріалу, тобто, коли напрямок поляризації електричного домену чітко узгоджується з напрямком зовнішнього електричного поля, коли зовнішнє електричне поле видаляється, напрям поляризації електричного домену в основному змінюється, тобто полюс, що залишився. Коли міцність дуже висока, матеріал має п’єзоелектричні властивості.

 

Поширений ультразвукова п'єзоелектрична кераміка :

(1) П’єзоелектрична кераміка з титанату барію (BaTiO3).

Він має високий п'єзоелектричний коефіцієнт і діелектричну проникність, а його механічна міцність не така хороша, як кварц.

 

(2) П’єзоелектрична кераміка серії Pb(Zr Ti)O3 (PZT) цирконат титанату свинцю

П'єзоелектричний коефіцієнт високий, а зміни різних електромеханічних параметрів з температурою, часом та іншими зовнішніми умовами невеликі. Додавання одного або двох мікроелементів до основи титанату цирконата свинцю може отримати матеріали PZT з різними властивостями.

 

(3) Pb(MgNb)O3-PbTiO3-PbZrO3 П'єзоелектрична кераміка (PMN)

Завдяки високому п’єзоелектричному коефіцієнту він може продовжувати працювати під тиском до 700 кг/см2 і може використовуватися як датчик сили при високій температурі.

 

П'єзоелектричний матеріал:

П'єзоелектричний напівпровідник

Включаючи сульфід цинку, сульфід кадмію, оксид цинку, сульфід кадмію

Він має як п'єзоелектричні, так і напівпровідникові властивості

Органічні полімерні п'єзоелектричні матеріали:

Одним з них є високомолекулярний полімер

Переваги полівініліденфториду (ПВФ2), полівінілхлориду (ПВХ) і полівінілфториду: м'яка текстура, висока міцність на розрив і ударостійкість. Інший тип - полімерне з'єднання, леговане титанатом барію (BaTiO3)

 

 

1. Інгредієнти: Проведіть попередню обробку матеріалів, видаліть домішки та вологу, а потім зважте різну сировину п'єзокерамічний диск за формулою співвідношення. Зверніть увагу, що невелику кількість добавок слід помістити в середину великих інгредієнтів.

 

2. Змішування та подрібнення: метою є змішування та подрібнення різних сировинних матеріалів для підготовки умов для твердофазної реакції попереднього прожарювання. Як правило, прийнято сухе або мокре подрібнення. Для малих партій можна використовувати сухе помел, а для великих партій із високою ефективністю можна використовувати кульовий або струменевий помел.

 

3. Попереднє випалювання: мета полягає в тому, щоб провести твердофазну реакцію різних сировинних матеріалів при високій температурі для синтезу п’єзоелектричної кераміки. Цей процес дуже важливий. Це безпосередньо вплине на умови спікання та продуктивність кінцевого продукту.

 

4. Вторинне тонке подрібнення: метою є тонка вібрація, змішування та подрібнення попередньо обпаленого п’єзоелектричного керамічного порошку, щоб закласти міцну основу для рівномірної роботи порцеляни.

 

5. Гранулювання: метою є формування гранул високої щільності порошку з хорошою плинністю. Метод можна проводити вручну, але ефективність невисока. Сучасний ефективний метод полягає у використанні розпилювального гранулювання. Цей процес передбачає додавання клею.

 

6. Формування: метою є пресування гранульованого матеріалу в заготовку необхідного попереднього розміру.

 

7. Пластичний розряд: метою є видалення з заготовки сполучного, доданого під час гранулювання.

 

8. Спікання в порцеляну: заготовку запечатують і спікають у фарфор при високій температурі. Це посилання дуже важливе.

 

9. Обробка форми: шліфування випаленого продукту до необхідного розміру готового продукту.

 

10. Електрод: Встановіть верхній електропровідний електрод на необхідну керамічну поверхню. Загальні методи включають випалювання шару срібла, хімічне осадження та вакуумне покриття.

 

11. Поляризація високої напруги: вирівняйте електричні домени всередині кераміки, щоб кераміка мала п’єзоелектричні властивості.

 

Дванадцять. Випробування на старіння: після того, як продуктивність кераміки стане стабільною, перевірте різні показники, щоб переконатися, що очікувані вимоги до продуктивності виконано.

 

Для порівняння, Підводні п’єзоелектричні керамічні перетворювачі мають сильну п’єзоелектрику, високу діелектричну проникність і можуть бути оброблені у форму, але мають низькі механічні коефіцієнти якості, великі електричні втрати та низьку стабільність, тому вони підходять для потужних перетворювачів і широкосмугових фільтрів та інших застосувань, але не ідеальні для високочастотних додатків із високою стабільністю. П’єзоелектричні монокристали, такі як кварц, мають слабку п’єзоелектрику, низьку діелектричну проникність і обмеження розміру через обмеження типу вирізу, але вони мають високу стабільність і високі механічні коефіцієнти якості. Вони в основному використовуються як осцилятори для стандартного регулювання частоти, високоселективного (багаточастотного вузькосмугового) фільтра та високочастотного високотемпературного ультразвукового перетворювача тощо.