Piezoelektrische Keramik (piezoelektrischer Keramikchip) ist ein polykristallines Material mit piezoelektrischem Effekt, das nach seinem ähnlichen Produktionsprozess wie Keramik benannt ist. Es ist ein allgemeiner Begriff für ferroelektrische Keramik mit piezoelektrischen Effekten, die durch Mischen von Oxiden (Zirkonia, Bleioxid, Titanoxid usw.), Hochtemperatursintern und Festkörperreaktion zur Erzeugung von Polykristallin-Polarisationsbehandlung hergestellt werden. Piezoelektrische Keramik haben hervorragende mechanische Eigenschaften und stabile piezoelektrische Eigenschaften. Als wichtiges funktionelles Material für Kraft, Wärme, Elektrizität und Licht erfasst wurden sie in elektronischen Komponenten wie Amplitudenstäben, Ultraschallwandlern und Mikroverschiebungsgeräten häufig eingesetzt.
Die Entwicklungsgeschichte der piezoelektrischen Keramik:
1880 entdeckten die Curie Brothers erstmals den piezoelektrischen Effekt von Turmalin und markierten den Beginn der Geschichte der Piezoelektrizität.
Im Jahr 1881 verifizierten die Curie Brothers experimentell den inversen piezoelektrischen Effekt und gaben die gleichen positiven und negativen piezoelektrischen Konstanten wie Quarz.
Von 1842 bis 1949 wurden auf der piezoelektrischen Keramik von Batio3 eine hohe Dielektrizitätskonstante, die Ferroelektrizität und Piezoelektrizität entdeckt. Das Problem der Polarisation wurde anschließend gelöst.
In den 1950er Jahren führten die Vereinigten Staaten und Japan Untersuchungen zur Verwendung von Piezoelektrik-Keramik von Batio3 durch, um Ultraschallwandler, Hochfrequenzwandler, Drucksensoren, Filter und andere Anwendungen herzustellen.
1954 haben die Vereinigten Staaten B Jaffe et al. entdeckte, dass Bleizirkonat -Titanat (PZT) eine sehr starke und stabile Piezoelektrizität aufweist, was die Anwendungsforschung von piezoelektrischen Geräten erheblich vorantreibt.
Später, um die Erde und den menschlichen Wohnraum zu schützen, die Umweltverschmutzung zu verhindern, wurde die nicht leitende piezoelektrische Keramik zur Richtung zukünftiger Forschung und Anwendung.
Bisher war die Anwendung der piezoelektrischen Keramik von der Weltraumentwicklung bis zum Haushaltsleben äußerst umfangreich.
Grundlegende Konzepte von piezoelektrischen Keramik:
Spontane Polarisation
Unter 120 Grad ist die Batio3 -Kristallstruktur leicht verzerrt und weist eine tetragonale Struktur auf. Ba 2+ ti 4+ wird relativ zu O 2- verdrängt, was zur Fehlausrichtung positiver und negativer Ladungszentren und Polarisation (spontane Polarisation) führt. Diese Übergangstemperatur wird üblicherweise als Curie -Temperatur oder Curie Point (TC) bezeichnet.
Künstliche Polarisation
Künstliche Polarisation ist der Prozess, ein ausreichend hohes elektrisches Feld mit hohem Gleichstrom auf eine piezoelektrische Keramik anzuwenden und diese zu einer bestimmten Zeit und zu einer bestimmten Zeit aufrechtzuerhalten, wodurch seine elektrischen Domänen gezwungen werden, sich zu drehen oder mit anderen Worten, wodurch seine spontane Polarisation erzwingt, um Richtungsanordnungen zu treffen. Das folgende Diagramm veranschaulicht die Änderungen der elektrischen Domänen in der Keramik vor der Polarisationsbehandlung.
Ferroelektrische Keramik
Einige Materialien zeigen eine spontane Polarisation innerhalb eines bestimmten Temperaturbereichs. Darüber hinaus kann seine spontane Polarisation durch die Wirkung eines externen elektrischen Feldes umgekehrt werden, und diese Eigenschaft des Materials wird als Ferroelektrizität bezeichnet. Keramikmaterialien mit dieser Eigenschaft werden als ferroelektrische Keramik bezeichnet.
Das Prinzip der piezoelektrischen Keramik: piezoelektrischer Effekt
Der piezoelektrische Effekt bezieht sich auf die Verformung bestimmter Medien unter der Wirkung von Kraft, wodurch die Oberfläche der Medien aufgeladen wird, was der positive piezoelektrische Effekt ist. Im Gegenteil, wenn ein elektrisches Erregerfeld angewendet wird, wird das Medium mechanische Verformung durchlaufen, die als inverse piezoelektrische Wirkung bezeichnet wird. Die Essenz des positiven piezoelektrischen Effekts ist die Polarisation des durch mechanischen Wirkung verursachten Mediums; Die Essenz des inversen piezoelektrischen Effekts ist die Polarisation des Mediums, die durch die Wirkung eines elektrischen Feldes verursacht wird.
Herstellung von piezoelektrischen Keramiken
Die Hauptschritte im Produktionsprozess der piezoelektrischen Keramik sind: Batching Vorbehandlung vor dem Brennen Granulationsfeuerungsbetragentests für Elektrodenpolarisation.
Rohstoff
Rohstoffe sind die Grundlage für die Vorbereitung der piezoelektrischen Keramik. Für PZT sind die Haupt Rohstoffe PB3O4, ZRO2 und TiO2. Bei der Auswahl von Rohstoffen sollte die Aufmerksamkeit im Allgemeinen ihrer chemischen Zusammensetzung und ihrem physikalischen Zustand geschenkt werden. Die Reinheitsanforderungen für Rohstoffe sollten moderat sein. Rohstoffe mit hohen Reinheit sind teuer und die Sintertemperatur mit einem engen Temperaturbereich hoch. Verunreinigungen in Rohstoffen mit etwas niedrigerer Reinheit können als Mineralisatoren und Schmelzhilfsmittel wirken, aber stattdessen die Sintertemperatur senken und den Temperaturbereich erweitern. Rohstoffe mit übermäßig niedriger Reinheit enthalten jedoch mehr Verunreinigungen und sind nicht zur Verwendung geeignet.
Verunreinigung
Verunreinigungen werden in schädliche Verunreinigungen und vorteilhafte Unreinheiten unterteilt. Die PZT -Doping -Modifikation kann in äquivalente Substitution und heterovalenter Substitution unterteilt werden. Die heterovalente Substitution kann in weiche Substitutionsmodifikation, harte Substitutionsmodifikation und andere Substitutionsmodifikationen unterteilt werden.
Äquivalente Substitution
Die äquivalente Substitution bezieht sich auf die Substitution von Pb {2+ Ionen durch zweiwertige Ionen wie Ca 2+, sr 2+, mg 2+ usw., die kleinere Radii als Pb {{ {4}} Ionen. Infolgedessen nimmt die Dielektrizitätskonstante ε der PZT -Keramik zu.
Heterovalente Substitution
Die weiche Substitutionsmodifikation bei heterovalenter Substitution bezieht sich auf die Zugabe einiger Additive zu dem Rohstoff, mit dem die Zwangsfeldstärke EC um ↓ reduziert werden kann, wodurch die Polarisierung erleichtert wird. Daher werden unter der Wirkung von elektrischem Feld oder Spannung die Materialeigenschaften "weich". (Der Porzellankörper nach dem Schießen wird gelb.)
Die harte Substitution bei der heterovalenten Substitution bezieht sich auf die Zugabe einiger Additive, die die Zwangsfeldstärke EC erhöhen und die Polarisation schwieriger machen können, was dazu führt, dass die Materialeigenschaften unter der Wirkung von elektrischem Feld oder Spannung "hart" werden. Nach dem Brennen erscheint der Porzellankörper schwarz
Der Markt der piezoelektrischen Keramik
Piezoelektrische Keramik als wichtige funktionelle Materialien belegen einen erheblichen Anteil im Bereich der Elektronik. Im Jahr 2000 erreichte der weltweite Umsatz der piezoelektrischen Keramik rund 3 Milliarden US -Dollar. In den letzten Jahren ist der Jahresumsatz der piezoelektrischen Keramik weltweit mit einer Geschwindigkeit von 15%gewachsen. Um die Erde vor Umweltverschmutzung zu schützen, verabschiedete das Europäische Parlament 2001 ein Gesetz über die Einschränkung schädlicher Substanzen in elektrischen und elektronischen Geräten, zu denen piezoelektrische Geräte gehören, die Blei in den eingeschränkten Substanzen enthalten. Gegenwärtig arbeiten Produkte auf dem heimischen piezoelektrischen Keramikmarkt immer noch mit traditionellen Technologie- und Produktionsmethoden, und Blei-freie Produkte haben noch keinen industriellen Vorteil geschaffen. Lead Free ist die Hauptrichtung der Bemühungen in der Branche.
Anwendung der piezoelektrischen Keramik
Die Anwendung der piezoelektrischen Keramik ist sehr umfangreich. Zum Beispiel piezoelektrische Detonatoren, Ultraschalldetektoren, piezoelektrische Treiber, piezoelektrische Ignitoren, piezoelektrische Konverter, piezoelektrische Keramikfans, piezoelektrische Touchscreens, öleronische Umkehrungs -Radare, piezoelektrische Ceramic -Relays und Soura -Anwendungen. Unsere Firma verwendet im Allgemeinen PZT -4 und PZT -8 piezoelektrische Keramik, da diese beiden Typen eine hohe elektromechanische Umwandlungseffizienz aufweisen und für Ultraschall-Generator-Ultraschallbearbeitung von Ultraschallgeneratoren und Ultraschallreinigung der Transducer-Komponenten geeignet sind.