Що таке п'єзоелектрична кераміка?

П'єзоелектрична кераміка (п'єзоелектрична керамічна мікросхема) - це полікристалічний матеріал з п'єзоелектричним ефектом, названим за його подібним процесом виробництва до кераміки. Це загальний термін для фероелектричної кераміки з п'єзоелектричними ефектами, які здійснюються шляхом змішування оксидів (цирконій, оксид свинцю, оксиду титану тощо), високотемпературного спікання та твердотільної реакції для отримання полікристалічної обробки поляризації. П'єзоелектрична кераміка має чудові механічні властивості та стабільні п'єзоелектричні властивості. Як важливий функціональний матеріал для сили, тепла, електрики та зондування світла, вони широко використовувались в електронних компонентах, таких як амплітудні стрижні, ультразвукові перетворювачі та пристрої мікроміщення.

 

Історія розвитку п'єзоелектричної кераміки:

У 1880 р. Брати Кюрі вперше виявили п'єзоелектричний ефект турмаліну, позначаючи початок історії п'єзоелектрики.

У 1881 році брати Курі експериментально перевірили зворотний п'єзоелектричний ефект і дали ті ж позитивні та негативні п'єзоелектричні константи, що і кварц.

З 1842 по 1949 рік на п'єзоелектричній кераміці Batio3 та п'єзоелектричності були виявлені висока діелектрична постійна, селекелектрична та п'єзоелектрика. Питання поляризації згодом було вирішено.

У 1950-х роках США та Японія провели дослідження щодо використання п'єзоелектричної кераміки Batio3 для виробництва ультразвукових перетворювачів, високочастотних перетворювачів, датчиків тиску, фільтрів та інших застосувань.

У 1954 році США B Jaffe та ін. виявив, що свинцевий цирконат -титанат (PZT) має дуже сильну і стабільну п'єзоелектрику, яка значно просуває дослідження додатків п'єзоелектричних пристроїв.

Пізніше, щоб захистити життєвий простір Землі та людини, запобігти забрудненню навколишнього середовища, не свинцева п'єзоелектрична кераміка стала напрямком майбутніх досліджень та застосування.

Поки що застосування п'єзоелектричної кераміки було надзвичайно великим, від розвитку космосу до домашнього життя.

Основні поняття п'єзоелектричної кераміки:

Спонтанна поляризація
Нижче 120 градусів кристалічна структура Batio3 трохи спотворена і демонструє тетрагональну структуру. Ba 2+ ti 4+ піддається переміщенням відносно O 2-, що призводить до нерівності позитивних та негативних центрів зарядки та поляризації (спонтанна поляризація). Цю температуру переходу зазвичай називають температурою Кюрі або точкою Кюрі (TC).

Штучна поляризація
Штучна поляризація - це процес застосування достатньо високого електричного поля прямого струму до п'єзоелектричної кераміки та підтримання його при певній температурі та часу, змушуючи свої електричні домени звертатися або, іншими словами, змушуючи спонтанну поляризацію до здійснення спрямованості. Наступна діаграма ілюструє зміни електричних областей в кераміці перед поляризаційною обробкою.

Кераміка ферроелектрики
Деякі матеріали демонструють спонтанну поляризацію в певному діапазоні температури. Більше того, його спонтанна поляризація може бути зворотна за допомогою дії зовнішнього електричного поля, і ця властивість матеріалу називається сегнелектричною. Керамічні матеріали з цією характеристикою називаються фероелектричною керамікою.

Принцип п'єзоелектричної кераміки: п'єзоелектричний ефект

П'єзоелектричний ефект відноситься до деформації певних середовищ під силою, що спричиняє заряджання поверхні середовища, що є позитивним п'єзоелектричним ефектом. Навпаки, коли застосовується електричне поле збудження, середовище зазнає механічної деформації, відомої як зворотний п'єзоелектричний ефект. Суть позитивного п'єзоелектричного ефекту - це поляризація середовища, спричиненого механічною дією; Суть зворотного п'єзоелектричного ефекту - це поляризація середовища, спричиненого дією електричного поля.

Виробництво п'єзоелектричної кераміки
Основними кроками у виробничому процесі п'єзоелектричної кераміки є: партія попередня обробка попередня стрілянина грануляції, що утворює випробування поляризації електрода.

 

сировина
Сировина - це основа для підготовки п'єзоелектричної кераміки. Для PZT його основна сировина - PB3O4, Zro2 та TiO2. При виборі сировини, як правило, слід звертати увагу на їх хімічний склад та фізичний стан. Вимоги до чистоти до сировини повинні бути помірними. Сировина з високою чистотою дорога, а температура спікання висока з вузьким температурним діапазоном. Домішки сировини з дещо нижчою чистотою можуть діяти як мінералізатори та плавильні засоби, але натомість знижують температуру спікання та розширюють діапазон температури. Однак сировина з надмірно низькою чистотою містить більше домішок і не підходить для використання.

 

Нечистість

Домішки поділяються на шкідливі домішки та корисні домішки. Модифікація допінгу PZT може бути поділена на еквівалентну заміну та гетевалентну заміну; Замінність гетеваляції може бути поділена на модифікацію м'якої заміщення, модифікацію твердих заміщення та інші модифікації заміщення.

Еквівалентна заміна
Еквівалентна заміна відноситься до заміни іонів PB 2+ з двовалентними іонами, такими як Ca 2+, Sr 2+, Mg 2+ тощо, які мають менші радіуси, ніж PB { {4}} іони. Як результат, діелектрична постійна ε кераміки PZT збільшується ↑, електромеханічний коефіцієнт зчеплення КП збільшується ↑, а п'єзоелектрична постійна d збільшується, тим самим покращуючи п'єзоелектричні показники кераміки PZT.

 

Гетеровалентна заміна
Модифікація м'якої заміщення в гетеваційній заміні стосується додавання деяких добавок до сировини, що може зменшити примусову міцність на поле за ↓, що полегшує поляризацію. Тому під дією електричного поля чи напруги властивості матеріалу стають "м'якими". (Порцелянове тіло після стрільби жовтіє)

Жорстка заміна в сугеталевальній заміні стосується додавання деяких добавок, які можуть збільшити примусову силу поля та ускладнити поляризацію, внаслідок чого матеріальні властивості стають "жорсткими" під дією електричного поля або напруги. Після стрільби порцеляновий корпус виявляється чорним

 

Ринок п'єзоелектричної кераміки

П'єзоелектрична кераміка, як важливі функціональні матеріали, займає значну частку в галузі електроніки. У 2000 році глобальний продаж п'єзоелектричної кераміки досягло приблизно 3 мільярдів доларів США. В останні роки щорічні продажі п'єзоелектричної кераміки по всьому світу зросли зі швидкістю 15%. Для захисту Землі від забруднення навколишнього середовища Європейський парламент у 2001 році прийняв закон про обмеження шкідливих речовин в електричному та електронному обладнанні, що включає п'єзоелектричні пристрої, що містять свинцеві в обмежених речовинах. В даний час продукція на вітчизняному ринку п'єзоелектричного кераміки все ще працює за допомогою традиційних технологій та методів виробництва, а продукція без свинцю ще не утворила промислової переваги. Вільне свинцю - це основне напрямок зусиль у галузі.

 

Застосування п'єзоелектричної кераміки

Застосування п'єзоелектричної кераміки є дуже великим. Наприклад, п'єзоелектричні детонатори, ультразвукові детектори, п'єзоелектричні драйвери, п'єзоелектричні запюрки, п'єзоелектричні екрани, ультразвукові керамічні кераміки, п’єзоелектричні церамічні ретрансляції, та використовують п'єр -церелекційні цераміки. Наша компанія, як правило, використовує PZT -4 та PZT -8 п'єзоелектрична кераміка, оскільки ці два типи мають високу електромеханічну ефективність перетворення та підходять для ультразвукових ультразвукових ультразвуків та ультразвукового очищення сил.