A piezoelektromos kerámia jellemzői és a piezoelektromos hatás
Kerámiák, amelyek&"piezoelektromos hatású GG"; az ultrahangos átalakítókon piezoelektromos kerámiának nevezzük. A piezoelektromos kerámiákat általában több oxidáló vegyület vagy szénsavvegyület kémiai reakcióival képezik a szinterelési folyamat során. A gyártási folyamat hasonló a hagyományos elektronikai kerámiához.
A piezoelektromos kerámia az előnyös választás az ultrahangos jelátalakítók gyártásához, magas fizikai szilárdságuk, kémiai tehetetlenségük és viszonylag olcsó gyártási költségeik miatt. A piezoelektromos kerámiából olyan tárgyak készíthetők, mint az ultrahangos jelátalakítók, kerámia kondenzátorok, érzékelők és működtetők.
A piezoelektromos kerámia jellemzői
A piezoelektromos kerámiák mesterséges piezoelektromos anyagok. A piezoelektromos anyagok olyan anyagok, amelyek mechanikai igénybevétel hatására áramot képesek termelni. Feszültség alkalmazásakor a piezoelektromos anyag deformálódik. Valamennyi piezoelektromos anyag nem vezető, hogy piezoelektromos hatást és munkát eredményezzen.
A piezoelektromos kerámia az alkalmazott mechanikai igénybevételnek megfelelő feszültséget generál. Általában energiaszedőként, gázgyújtóként és érzékelőként használják a nyomás, a gyorsulás és a szögsebesség érzékelésére.
A piezoelektromos kerámia az alkalmazott feszültségnek megfelelő elmozdulást generál. Ezt általában lineáris működtető alkalmazásokhoz használják, mint például piezoelektromos injektorok, nano-pozicionáló és rezgéscsillapító rendszerek. Az elektronikus és hidraulikus működtetőkhöz képest a piezoelektromos kerámiák előnyei a gyors reakció, a nagy nyomás és a pontos működési rezonancia.
A piezoelektromos kerámiák alakja és mérete tekintetében természetes rezgésekkel rendelkezik. Ha egy bizonyos frekvenciájú (rezonáns frekvenciának nevezett) elektromos mezőt alkalmazunk, a piezoelektromos kerámia nagy amplitúdóval rezeg, így megmutatja a maximális áramot. Ezt a funkciót ultrahangos vibrátorokban használják, például mosógépekben, párásítókban, szonárokban, elektromos jelszűrőkben és ultrahangos motorokban.
Piezoelektromos kerámia anyagok
Az olyan anyagok, mint a bárium-titanát, az ólom-cirkonát-titanát és a lítium-niobát a fő nyersanyagok a piezoelektromos kerámiák gyártásához. Néhány szintetikus anyagról van szó, és bebizonyosodott, hogy nagyobb energiatermelő képességgel rendelkeznek, mint a legtöbb természetes anyag. Az ólom-cirkonát-titanát (PZT) a piezoelektromos kerámiák gyártásának leggyakoribb alapanyaga. Két kémiai elemből (magas hőmérsékleten), ólomból és cirkóniumból készül és állítják elő.
Piezoelektromos kerámia lemez az átalakítóhoz
A PZT kerámiák nagyobb érzékenységgel és magasabb üzemi hőmérséklettel rendelkeznek, mint más piezoelektromos kerámiák. A PZT megkülönböztető jellemzője a nagy piezoelektromosság. A PZT perovszkit típusú kristályszerkezettel rendelkezik, amely alkalmas nagy piezoelektromosság megvalósítására. Ezenkívül a funkciók optimalizálhatók az alkatrészek optimalizálásával.
Piezoelektromos hatás
A szabálytalan kristályok piezoelektromos anyagként gyűlnek össze. Ezeknek a kristályoknak a szerkezete nem szimmetrikus, de mégis elektromosan semleges egyensúlyban léteznek. Ha azonban mechanikai nyomást gyakorolunk ezekre a piezoelektromos kristályokra, azok szerkezete deformálódik, és az atomokat tolni fogják, hogy kristályokat képezzenek, amelyek képesek áramot vezetni. Ha ugyanazt a piezoelektromos kristályt használja és elektromos áramot vezet rá, a kristály kitágul és összehúzódik, ezáltal az elektromos energiát mechanikai energiává alakítja.
A piezoelektromos kerámiák piezoelektromos anyagok, és GG-vel rendelkeznek; piezoelektromos hatású GG-vel; hogy a piezoelektromos anyagoknak általában van. A piezoelektromos hatást a mechanikai állapot és a kristályanyagban lévő elektromos állapot közötti lineáris elektromechanikus kölcsönhatás okozza. A piezoelektromos hatást közvetlen piezoelektromos és fordított piezoelektromos hatásra osztjuk. A piezoelektromos hatás visszafordítható. Amikor egy apró külső erő hat rá, a mechanikai energiát elektromos energiává alakíthatja. Miután a piezoelektromos kerámia lemezcsoportok között váltakozó áramú feszültséget alkalmaznak, az elektromos energia mechanikai energiává alakul.
Közvetlen piezoelektromos hatás
A közvetlen piezoelektromos hatást az anyagra gyakorolt közvetlen stressz okozza. Ez akkor történik, amikor általában két fémlemezt használnak nyomásra egy darab piezoelektromos anyagra (például kristályra vagy kerámiára). Ha egyszerűen a piezoelektromos kristályt helyezzük két fémlemez közé, akkor az anyag tökéletes egyensúlyban van, és nem vezet áramot. Amint a fémlemez mechanikai nyomást gyakorol az anyagra, amikor a kristályt nyomás vagy más igénybevétel zavarja, a töltés egyensúlyhiánya különbséget okoz. Túlzott negatív és pozitív töltések jelennek meg a kristály felületének ellentétes oldalán. A fémlemez összegyűjti ezeket a töltéseket, amelyek felhasználhatók feszültség előállítására és áramáramra az áramkörön keresztül. Ez a folyamat közvetlen piezoelektromos hatás.
Fordított piezoelektromos hatás
A két fémlemez közé piezoelektromos kristály kerül, és a kristály szerkezete minden változás nélkül tökéletes egyensúlyban van. Amint elektromos energiát alkalmaznak a kristályra, a kristály szerkezete összehúzódik és kitágul. Amint a kristályszerkezet tágul és összehúzódik, átalakítja a kapott elektromos energiát és mechanikai energiát szabadít fel hanghullámok formájában. Az áram arra kényszeríti az anyag atomjait, hogy előre-hátra rezegjenek. Ezt a folyamatot inverz piezoelektromos hatásnak nevezzük. A fordított piezoelektromos effektus segít olyan eszközök kifejlesztésében, amelyek hanghullámokat generálnak, például hangszórókat és zümmögőket.
Az ultrahangos jelátalakító elemeként a PZT-8 piezoelektromos kerámiájának magasabb Qm minőségi tényezője, magasabb biztonságos üzemi hőmérséklete (Curie hőmérséklet) és alacsonyabb dielektromos vesztesége (tanδ) van. Ez garantálja a magas elektromechanikus átalakítási hatékonyságot és stabilitást is.
