Το πιεζοηλεκτρικό κεραμικό (πιεζοηλεκτρικό κεραμικό τσιπ) είναι ένα πολυκρυσταλλικό υλικό με πιεζοηλεκτρικό αποτέλεσμα, που ονομάζεται από την παρόμοια διαδικασία παραγωγής με κεραμικά. Είναι ένας γενικός όρος για σιδηροηλεκτρικά κεραμικά με πιεζοηλεκτρικά αποτελέσματα, τα οποία κατασκευάζονται με ανάμιξη οξειδίων (ζιρκονία, οξείδιο του μολύβδου, οξείδιο του τιτανίου κλπ.), Συρία υψηλής θερμοκρασίας και αντίδραση στερεάς κατάστασης για την παραγωγή θεραπείας πολυκρυσταλλικής πόλωσης. Τα πιεζοηλεκτρικά κεραμικά έχουν εξαιρετικές μηχανικές ιδιότητες και σταθερές πιεζοηλεκτρικές ιδιότητες. Ως σημαντικό λειτουργικό υλικό για τη δύναμη, τη θερμότητα, την ηλεκτρική ενέργεια και την ανίχνευση φωτός, έχουν χρησιμοποιηθεί ευρέως σε ηλεκτρονικά εξαρτήματα όπως ράβδοι πλάτους, υπερηχητικούς μορφοτροπείς και συσκευές μικροτοποποίησης.
Το ιστορικό ανάπτυξης των πιεζοηλεκτρικών κεραμικών:
Το 1880, οι αδελφοί Curie ανακάλυψαν για πρώτη φορά το πιεζοηλεκτρικό αποτέλεσμα της τουρμαλίνης, σηματοδοτώντας την αρχή της ιστορίας της πιεζοηλεκτρικής ενέργειας.
Το 1881, οι Curie Brothers επαλήθευαν πειραματικά το αντίστροφο πιεζοηλεκτρικό αποτέλεσμα και έδωσαν τις ίδιες θετικές και αρνητικές πιεζοηλεκτρικές σταθερές ως χαλαζία.
Από το 1842 έως το 1949, ανακαλύφθηκαν υψηλή διηλεκτρική σταθερά, σιδηροηλεκτρική ενέργεια και πιεζοηλεκτρική ενέργεια σε πιεζοηλεκτρικά κεραμικά Batio3. Το ζήτημα της πόλωσης στη συνέχεια επιλύθηκε.
Στη δεκαετία του 1950, οι Ηνωμένες Πολιτείες και η Ιαπωνία διεξήγαγαν έρευνα σχετικά με τη χρήση των πιεζοηλεκτρικών κεραμικών BATIO3 για την παραγωγή υπερηχητικών μετατροπέων, μετατροπέων υψηλής συχνότητας, αισθητήρες πίεσης, φίλτρα και άλλες εφαρμογές.
Το 1954, οι Ηνωμένες Πολιτείες B Jaffe et al. Ανακαλύφθηκε ότι το τιτανικό ζιρκωματικό μολύβδου (PZT) έχει πολύ ισχυρή και σταθερή πιεζοηλεκτρική ενέργεια, η οποία προωθεί σε μεγάλο βαθμό την έρευνα εφαρμογής των πιεζοηλεκτρικών συσκευών.
Αργότερα, προκειμένου να προστατευθεί ο χώρος της Γης και του Ανθρώπου, η πρόληψη της ρύπανσης του περιβάλλοντος, η μη ηγετική πιεζοηλεκτρική κεραμική έγινε η κατεύθυνση της μελλοντικής έρευνας και εφαρμογής.
Μέχρι στιγμής, η εφαρμογή πιεζοηλεκτρικών κεραμικών ήταν εξαιρετικά εκτεταμένη, από την ανάπτυξη του χώρου έως τη ζωή των νοικοκυριών.
Βασικές έννοιες των πιεζοηλεκτρικών κεραμικών:
Αυθόρμητη πόλωση
Κάτω από 120 βαθμούς, η κρυσταλλική δομή Batio3 είναι ελαφρώς παραμορφωμένη και παρουσιάζει τετραγωνική δομή. Ba 2+ ti 4+ υφίσταται μια μετατόπιση σε σχέση με το O 2-, με αποτέλεσμα την κακή ευθυγράμμιση των θετικών και αρνητικών κέντρων φορτίου και της πόλωσης (αυθόρμητη πόλωση). Αυτή η θερμοκρασία μετάβασης αναφέρεται συνήθως ως θερμοκρασία Curie ή σημείο Curie (TC).
Τεχνητή πόλωση
Η τεχνητή πόλωση είναι η διαδικασία εφαρμογής ενός επαρκώς υψηλού ηλεκτρικού πεδίου άμεσου ρεύματος σε ένα πιεζοηλεκτρικό κεραμικό και η διατήρησή της σε μια ορισμένη θερμοκρασία και χρόνο, αναγκάζοντας τους ηλεκτρικούς τομείς να γυρίσουν ή, με άλλα λόγια Το ακόλουθο διάγραμμα απεικονίζει τις αλλαγές στις ηλεκτρικές περιοχές σε κεραμικά πριν από τη θεραπεία πόλωσης.
Σιδηροηλεκτρική κεραμική
Ορισμένα υλικά παρουσιάζουν αυθόρμητη πόλωση σε ένα συγκεκριμένο εύρος θερμοκρασιών. Επιπλέον, η αυθόρμητη πόλωση του μπορεί να αντιστραφεί από τη δράση ενός εξωτερικού ηλεκτρικού πεδίου και αυτή η ιδιότητα του υλικού ονομάζεται σιδηροηλεκτρική ενέργεια. Τα κεραμικά υλικά με αυτό το χαρακτηριστικό ονομάζονται σιδηροηλεκτρικά κεραμικά.
Η αρχή της πιεζοηλεκτρικής κεραμικής: πιεζοηλεκτρικό αποτέλεσμα
Το πιεζοηλεκτρικό αποτέλεσμα αναφέρεται στην παραμόρφωση ορισμένων μέσων υπό τη δράση της βίας, προκαλώντας την επιβάρυνση της επιφάνειας των μέσων ενημέρωσης, που είναι το θετικό πιεζοηλεκτρικό αποτέλεσμα. Αντίθετα, όταν εφαρμόζεται ένα ηλεκτρικό πεδίο διέγερσης, το μέσο θα υποβληθεί σε μηχανική παραμόρφωση, γνωστή ως αντίστροφο πιεζοηλεκτρικό αποτέλεσμα. Η ουσία του θετικού πιεζοηλεκτρικού αποτελέσματος είναι η πόλωση του μέσου που προκαλείται από τη μηχανική δράση. Η ουσία του αντίστροφου πιεζοηλεκτρικού αποτελέσματος είναι η πόλωση του μέσου που προκαλείται από τη δράση ενός ηλεκτρικού πεδίου.
Κατασκευή πιεζοηλεκτρικών κεραμικών
Τα κύρια βήματα στη διαδικασία παραγωγής των πιεζοηλεκτρικών κεραμικών είναι: η παρτίδα προεπεξεργασίας προ -εκτόξευση κοκκοποίησης που σχηματίζουν δοκιμές γήρανσης της πόλωσης ηλεκτροδίων.
πρώτη ύλη
Οι πρώτες ύλες αποτελούν το θεμέλιο για την προετοιμασία πιεζοηλεκτρικών κεραμικών. Για το PZT, οι κύριες πρώτες ύλες του είναι PB3O4, ZRO2 και TiO2. Κατά την επιλογή των πρώτων υλών, η προσοχή θα πρέπει γενικά να δοθεί στη χημική τους σύνθεση και τη φυσική κατάσταση. Οι απαιτήσεις καθαρότητας για τις πρώτες ύλες πρέπει να είναι μέτριες. Οι πρώτες ύλες υψηλής καθαρότητας είναι δαπανηρές και η θερμοκρασία πυροσυσσωμάτωσης είναι υψηλή με στενή κλίμακα θερμοκρασίας. Οι ακαθαρσίες στις πρώτες ύλες με ελαφρώς χαμηλότερη καθαρότητα μπορούν να δράσουν ως ορυκτές και βοηθήματα τήξης, αλλά αντίθετα μειώνουν τη θερμοκρασία πυροσυσσωμάτωσης και διευρύνουν το εύρος θερμοκρασίας. Ωστόσο, οι πρώτες ύλες με υπερβολικά χαμηλή καθαρότητα περιέχουν περισσότερες ακαθαρσίες και δεν είναι κατάλληλες για χρήση.
Ακαθαρσία
Οι ακαθαρσίες χωρίζονται σε επιβλαβείς ακαθαρσίες και ευεργετικές ακαθαρσίες. Η τροποποίηση του ντόπινγκ PZT μπορεί να χωριστεί σε ισοδύναμη υποκατάσταση και ετεθεμπολική υποκατάσταση. Η ετεροσκοπική υποκατάσταση μπορεί να χωριστεί σε τροποποίηση μαλακής υποκατάστασης, τροποποίηση σκληρής υποκατάστασης και άλλες τροποποιήσεις υποκατάστασης.
Ισοδύναμη υποκατάσταση
Η ισοδύναμη υποκατάσταση αναφέρεται στην υποκατάσταση των ιόντων Pb 2+ με δισθενούς ιόντων όπως Ca 2+, Sr 2+, mg 2+, κλπ. {4}} ιόντα. Ως αποτέλεσμα, η διηλεκτρική σταθερά ε της PZT κεραμικής αυξάνει ↑, ο συντελεστής ηλεκτρομηχανικής σύζευξης KP αυξάνει ↑ και η πιεζοηλεκτρική σταθερά D αυξάνεται, βελτιώνοντας έτσι την πιεζοηλεκτρική απόδοση των κεραμικών PZT.
Ετεροσκοπική υποκατάσταση
Η τροποποίηση της μαλακής υποκατάστασης στην ετεθεμπολική υποκατάσταση αναφέρεται στην προσθήκη ορισμένων προσθέτων στην πρώτη ύλη που μπορεί να μειώσει την αντοχή του καταναγκαστικού πεδίου EC κατά υπολογιστή, καθιστώντας την πόλωση ευκολότερη. Ως εκ τούτου, υπό τη δράση του ηλεκτρικού πεδίου ή του στρες, οι ιδιότητες του υλικού γίνονται "μαλακές". (Το σώμα της πορσελάνης μετά την εκτόξευση γίνεται κίτρινο)
Η σκληρή υποκατάσταση στην ετεθεμπολική υποκατάσταση αναφέρεται στην προσθήκη ορισμένων προσθέτων που μπορούν να αυξήσουν την καταναγκαστική αντοχή του πεδίου EC και να κάνουν την πόλωση πιο δύσκολη, με αποτέλεσμα οι ιδιότητες των υλικών να γίνονται "σκληρές" κάτω από τη δράση του ηλεκτρικού πεδίου ή του στρες. Μετά την πυροδότηση, το σώμα πορσελάνης εμφανίζεται μαύρο
Η αγορά πιεζοηλεκτρικών κεραμικών
Τα πιεζοηλεκτρικά κεραμικά, ως σημαντικά λειτουργικά υλικά, καταλαμβάνουν ένα σημαντικό ποσοστό στον τομέα των ηλεκτρονικών. Το 2000, οι παγκόσμιες πωλήσεις πιεζοηλεκτρικών κεραμικών έφθασαν περίπου 3 δισεκατομμύρια δολάρια ΗΠΑ. Τα τελευταία χρόνια, οι ετήσιες πωλήσεις πιεζοηλεκτρικών κεραμικών παγκοσμίως έχουν αυξηθεί με ρυθμό 15%. Προκειμένου να προστατευθεί η γη από τη ρύπανση του περιβάλλοντος, το Ευρωπαϊκό Κοινοβούλιο ψήφισε νόμο το 2001 για τον περιορισμό των επιβλαβών ουσιών σε ηλεκτρικό και ηλεκτρονικό εξοπλισμό, ο οποίος περιλαμβάνει πιεζοηλεκτρικές συσκευές που περιέχουν μόλυβδο στις περιορισμένες ουσίες. Επί του παρόντος, τα προϊόντα στην εγχώρια πιεζοηλεκτρική κεραμική αγορά εξακολουθούν να λειτουργούν χρησιμοποιώντας παραδοσιακές μεθόδους τεχνολογίας και παραγωγής και τα προϊόντα χωρίς μόλυβδο δεν έχουν ακόμη διαμορφώσει ένα βιομηχανικό πλεονέκτημα. Το ελεύθερο οδηγό είναι η κύρια κατεύθυνση των προσπαθειών στον κλάδο.
Εφαρμογή πιεζοηλεκτρικών κεραμικών
Η εφαρμογή πιεζοηλεκτρικών κεραμικών είναι πολύ εκτεταμένη. Για παράδειγμα, πιεζοηλεκτρικούς πυροκροτητές, υπερηχητικούς ανιχνευτές, πιεζοηλεκτρικούς οδηγούς, πιεζοηλεκτρικούς αγγειακούς, πιεζοηλεκτρικούς μετατροπείς, πιεζοηλεκτρικά κεραμικά ανεμιστήρες, πιεζοηλεκτρικές οθόνες αφής, υπερηχητικά ραντάρ αναστροφής, πιεζοηλεκτρικά κεραμικά ρελέ και έτσι σε όλα τα piezoelectric ceramics. Η εταιρεία μας χρησιμοποιεί γενικά PZT -4 και PZT -8 πιεζοηλεκτρικά κεραμικά, επειδή αυτοί οι δύο τύποι έχουν υψηλή ηλεκτρο-μηχανική απόδοση μετατροπής και είναι κατάλληλα για υπερηχητικά συστατικά υπερηχητικής ενέργειας και υπερηχητική καθαρισμός των μεταφορικών συστατικών.