O que é cerâmica piezoelétrica?
A cerâmica piezoelétrica é um tipo de efeito piezoelétrico de material cerâmico funcional de informação, que pode converter energia mecânica e energia elétrica uma na outra. A cerâmica piezoelétrica não só possui piezoelétrica, mas também dielétrica e elasticidade. Eles têm sido amplamente utilizados em imagens médicas, sensores acústicos, transdutores acústicos, motores ultrassônicos e assim por diante.
As cerâmicas piezoelétricas são feitas utilizando o deslocamento relativo dos centros internos de carga positiva e negativa causado pelo estresse mecânico, resultando em cargas de ligação com símbolos opostos nas superfícies de ambas as extremidades do material, ou seja, efeito piezoelétrico. As cerâmicas piezoelétricas são usadas principalmente para fabricar transdutores ultrassônicos, transdutores acústicos subaquáticos, transdutores eletroacústicos, filtros cerâmicos, transformadores cerâmicos Discriminadores de frequência cerâmica, geradores de alta tensão, detectores infravermelhos, dispositivos de ondas acústicas de superfície, dispositivos eletro-ópticos, dispositivos de ignição e giroscópios piezoelétricos são não apenas usado em campos de alta tecnologia, mas também servindo as pessoas na vida diária e se esforçando para criar uma vida melhor para as pessoas. A cerâmica piezoelétrica é um tipo de material cerâmico eletrônico com propriedades piezoelétricas. A principal diferença do cristal de quartzo piezoelétrico típico sem componente ferroelétrico é que a fase cristalina de seu componente principal é grão ferroelétrico. Como as cerâmicas são agregados policristalinos com orientação de grão aleatória, o vetor de polarização espontânea de cada grão ferroelétrico também é orientado desordenadamente. Para fazer com que a cerâmica apresente características piezoelétricas macroscópicas, é necessário polarizar o tubo cerâmico piezoelétrico após a queima e a face final ser re-eletrodo, de modo a fazer a orientação caótica original de seu vetores de polarização orientados preferencialmente ao longo da direção do campo elétrico Após o tratamento de polarização, a cerâmica piezoelétrica reterá uma certa intensidade de polarização macro residual após o cancelamento do campo elétrico, de modo que a cerâmica tenha uma certa propriedade piezoelétrica.
Qualidade dos discos cerâmicos piezoelétricos
Composição material da cerâmica piezoelétrica
Cerâmicas piezoelétricas comumente usadas incluem sistema de titanato de bário, sistema binário de titanato de zirconato de chumbo e sistema ternário composto pela adição de um terceiro ABO3 (a representa íons metálicos divalentes, B representa íons metálicos tetravalentes ou a soma de vários íons é tetravalente positivo) compostos ao sistema binário , como Pb (Mn1/3Nb2/3) O3 e Pb (CO1/3Nb2/3) O3. Se um quarto ou mais compostos forem adicionados ao sistema ternário, podem ser formadas cerâmicas piezoelétricas quaternárias ou multicomponentes. Além disso, existem também cerâmicas piezoelétricas de metaniobato, como metaniobato de potássio e sódio (na0,5 · K0,5 · NbO3) e metaniobato de estrôncio e bário (Bax · sr1-x · Nb2O5). Eles não contêm chumbo tóxico e são benéficos para a proteção ambiental.
Princípio da cerâmica piezoelétrica (placa cerâmica piezoelétrica)
Vejamos primeiro um novo tipo de controlador de amortecimento de bicicleta. O amortecedor geral é difícil de obter um efeito estável, e este controlador de amortecimento ACX fornece uma função de amortecimento continuamente variável pela primeira vez usando materiais piezoelétricos. Um sensor monitora o movimento do pistão de impacto a uma taxa de 50 vezes por segundo. Se o pistão se mover rapidamente, geralmente é devido ao impacto rápido causado pela condução em terreno irregular. Neste momento é necessário iniciar a função de amortecimento máximo; Se o pistão se mover lentamente, significa que a superfície da estrada é plana e apenas a função de amortecimento fraca precisa ser usada.
Resumindo: a cerâmica piezoelétrica é a força do material de conversão vetorial -->; Poder -->; Força conversão elétrica de força 1 vez, aplicação típica: ignição piezoelétrica, pesagem e detecção conversão de energia 1 vez: freio, potência do atuador -- >; Força -->; Deformação -->; Vibração -- onda sonora -- >; Eletroacústica -->; Isodeformação ultrassônica -->; Deslocamento -->; Detectar potência ->; Força -->; Eletricidade, transformador piezoelétrico e assim por diante - pode-se dizer que embora a cerâmica piezoelétrica seja um material novo, ela é bastante civil. É usado em alta tecnologia, mas é mais para servir as pessoas na vida e criar uma vida melhor. As principais matérias-primas da cerâmica piezoelétrica também incluem substâncias tóxicas como o chumbo. Na próxima etapa, a cerâmica piezoelétrica sem chumbo e a cerâmica piezoelétrica de baixa temperatura serão a direção do desenvolvimento.
Tecnologia de fabricação de cerâmica piezoelétrica (esfera cerâmica piezoelétrica)
O fluxograma do processo é o seguinte: dosagem - moagem mista - pré-sinterização - moagem secundária - granulação - conformação - descarga de plástico - sinterização em porcelana - processamento de forma - eletrodo - polarização de alta tensão - teste de envelhecimento.
1. Ingredientes: realizar o pré-tratamento do material, remover impurezas e umidade e, em seguida, pesar diversas matérias-primas de acordo com a proporção da fórmula. Observe que uma pequena quantidade de aditivos deve ser colocada no meio de materiais grandes.
2. Mistura e moagem: o objetivo é misturar e moer todos os tipos de matérias-primas para preparar as condições para uma reação completa do estado sólido na pré-combustão. Geralmente, é adotada moagem a seco ou moagem úmida. A moagem a seco pode ser adotada para lotes pequenos, e a moagem com agitação de bolas ou britagem por fluxo de ar pode ser adotada para lotes grandes, com alta eficiência.
3. Presinterização: o objetivo é sintetizar cerâmicas piezoelétricas por reação de estado sólido de matérias-primas em alta temperatura. Este processo é muito importante. Afetará diretamente as condições de sinterização e o desempenho do produto final.
4. Moagem fina secundária: o objetivo é vibrar, misturar e moer finamente o pó cerâmico piezoelétrico pré-queimado, de modo a estabelecer uma boa base para o desempenho uniforme da porcelana.
5. Granulação: o objetivo é fazer com que o pó forme partículas de alta densidade com boa fluidez. O método pode ser realizado manualmente, mas a eficiência é baixa. O método eficiente é a granulação por pulverização. Este processo requer a adição de adesivo.
6. Formação: o objetivo é pressionar o material granulado no tamanho necessário da pré-forma.
7. Descarga de plástico: o objetivo é remover do branco o adesivo adicionado durante a granulação.
8. Sinterização em porcelana: a peça bruta é selada e sinterizada em porcelana em alta temperatura. Este link é muito importante.
9. Processamento de forma: triture os produtos queimados até o tamanho necessário do produto acabado.
10. Eletrodo a ser: um eletrodo condutor é disposto na superfície cerâmica necessária. Os métodos gerais incluem infiltração de camada de prata, deposição química e revestimento a vácuo.
11. Polarização de alta tensão: arranjo direcional dos domínios elétricos na cerâmica, de modo que a cerâmica tenha propriedades piezoelétricas.
12. Teste de envelhecimento: depois que o desempenho da cerâmica estiver estável, verifique vários índices para ver se atende aos requisitos de desempenho esperados.
A característica de fabricação do atomizador ultrassônico piezo é polarizar a cerâmica ferroelétrica sob um campo elétrico DC para fazê-la ter efeito piezoelétrico. Geralmente, o campo elétrico de polarização é de 3 ~ 5kV / mm, a temperatura é de 100 ~ 150 ° C e o tempo é de 5 ~ 20min. Esses três fatores são os principais fatores que afetam o efeito de polarização. O coeficiente de acoplamento eletromecânico de cerâmicas piezoelétricas com bom desempenho, como cerâmicas de titanato de zirconato de chumbo, pode chegar a 0,313 ~ 0,694.
Aplicação de cerâmica piezoelétrica
Propósito principal
1. Conversor de som: o conversor de som é uma das aplicações mais comuns. Como captador, microfone, fone de ouvido, campainha, detector ultrassônico de profundidade, sonar e detector ultrassônico de falhas de materiais, a cerâmica piezoelétrica pode ser usada como conversor de som. Por exemplo, a campainha dos brinquedos infantis faz com que a corrente vibre através do efeito piezoelétrico inverso da cerâmica piezoelétrica e emita um som que pode ser ouvido pelos ouvidos humanos. A cerâmica piezoelétrica pode produzir diferentes frequências de vibração através do controle de circuitos eletrônicos, de modo a produzir uma variedade de sons diferentes. Por exemplo, cartões comemorativos de música eletrônica convertem sinais elétricos de áudio AC em sinais sonoros por meio do efeito piezoelétrico inverso.
2. Detonador piezoelétrico: desde que os britânicos inventaram o tanque na Primeira Guerra Mundial e o usaram pela primeira vez na batalha do rio Somme, na França, que atingiu duramente o exército alemão, o tanque mostrou sua habilidade em muitas batalhas. No entanto, nas décadas de 1960 e 1970, devido à invenção de armas antitanque, os tanques perderam sua antiga glória. Quando o projétil perfurante disparado pela arma antitanque entrar em contato com o tanque, ele explodirá imediatamente e quebrará o tanque. Isso ocorre porque a ogiva é equipada com cerâmica piezoelétrica, que pode converter a forte força mecânica durante a colisão em alta tensão instantânea, faísca e detonação de explosivos.
3. Um novo tipo de isqueiro eletrônico usado no fogão a gás do isqueiro piezoelétrico é feito de cerâmica piezoelétrica. Contanto que você pressione o botão de ignição com o dedo, a cerâmica piezoelétrica do isqueiro pode produzir alta tensão, formar uma faísca elétrica e acender o gás, que pode ser usado por muito tempo. Portanto, o isqueiro piezoelétrico não é apenas conveniente de usar, seguro e confiável, mas também tem uma longa vida útil. Por exemplo, um isqueiro feito de cerâmica piezoelétrica de titânio e chumbo pode ser usado mais de 1 milhão de vezes.
4. Óculos antinucleares após o testador nuclear usar óculos feitos de cerâmica piezoelétrica transparente, quando a radiação luminosa gerada pela explosão nuclear atingir o nível perigoso, a cerâmica piezoelétrica nos óculos irá convertê-la em alta tensão instantânea. Em 1/1000 s, a intensidade da luz pode ser reduzida para apenas 1/10000. Quando a luz perigosa desaparece, ela pode retornar ao estado original. Os óculos têm estrutura simples e pesam apenas dezenas de gramas. Eles são instalados no capacete anti-nuclear e são muito fáceis de transportar.
5. O transdutor ultrassônico é adequado para equipamentos de soldagem ultrassônica e equipamentos de limpeza ultrassônica. É feito principalmente de cerâmica piezoelétrica de transmissão de alta potência. O transdutor ultrassônico é um dispositivo que pode converter energia elétrica de alta frequência em energia mecânica. O transdutor ultrassônico é usado como conversor de energia. Sua função é converter a energia elétrica de entrada em energia mecânica (ou seja, ultrassônica) e depois transmiti-la, e ele próprio consome uma pequena parte da energia.
6. O sonar é a coisa mais difícil de lidar na guerra naval. Ele pode mergulhar no mar por um longo tempo e atacar furtivamente portos e navios sem saber, o que torna o inimigo uma grande dor de cabeça. Como encontrar submarinos inimigos? Não podemos confiar nos nossos olhos, nem podemos usar o radar, porque as ondas eletromagnéticas decaem rapidamente na água do mar e não conseguem transmitir sinais de forma eficaz. A detecção de submarinos depende do sonar - ouvidos subaquáticos. Cerâmicas piezoelétricas são os materiais usados para fazer sonares. Eles enviam ondas ultrassônicas e refletem quando encontram submarinos. Depois de recebidos e processados, eles podem medir a orientação e distância dos submarinos inimigos.
Uso comum
1: Aplicação de efeito piezoelétrico direto e inverso
2: Campainha cerâmica piezoelétrica | Alto-falante
3: Captador cerâmico piezoelétrico
4: Transformador piezoelétrico
5: Dispositivo de ignição cerâmico piezoelétrico
