Seramik piezoelektrik (cip seramik piezoelektrik) adalah bahan polikristalin dengan kesan piezoelektrik, dinamakan sempena proses pengeluaran yang serupa dengan seramik. Ia adalah istilah umum untuk seramik ferroelektrik dengan kesan piezoelektrik, yang dibuat dengan mencampurkan oksida (zirkonia, oksida plumbum, titanium oksida, dan lain-lain), sintering suhu tinggi, dan tindak balas pepejal untuk menghasilkan rawatan polarisasi polikristalin. Seramik piezoelektrik mempunyai sifat mekanikal yang sangat baik dan sifat piezoelektrik yang stabil. Sebagai bahan berfungsi penting untuk kekerasan, haba, elektrik, dan penderiaan cahaya, mereka telah digunakan secara meluas dalam komponen elektronik seperti rod amplitud, transduser ultrasonik, dan peranti anjakan mikro.
Sejarah Pembangunan Seramik Piezoelektrik:
Pada tahun 1880, Curie Brothers pertama kali menemui kesan piezoelektrik dari turmaline, menandakan permulaan sejarah piezoelectricity.
Pada tahun 1881, Curie Brothers secara eksperimen mengesahkan kesan piezoelektrik songsang dan memberikan pemalar piezoelektrik positif dan negatif yang sama sebagai kuarza.
Dari 1842 hingga 1949, pemalar dielektrik tinggi, ferroelektrik, dan piezoelektrik ditemui pada seramik piezoelektrik Batio3. Isu polarisasi kemudiannya diselesaikan.
Pada tahun 1950-an, Amerika Syarikat dan Jepun menjalankan penyelidikan mengenai penggunaan seramik piezoelektrik Batio3 untuk menghasilkan transduser ultrasonik, transduser frekuensi tinggi, sensor tekanan, penapis, dan aplikasi lain.
Pada tahun 1954, Amerika Syarikat B Jaffe et al. mendapati bahawa titanate zirkonat utama (PZT) mempunyai piezoelektrik yang sangat kuat dan stabil, yang sangat memajukan penyelidikan aplikasi peranti piezoelektrik.
Kemudian, untuk melindungi ruang hidup bumi dan manusia, mencegah pencemaran alam sekitar, seramik piezoelektrik bukan memimpin menjadi arah penyelidikan dan aplikasi masa depan.
Setakat ini, penerapan seramik piezoelektrik telah sangat luas, dari pembangunan ruang ke kehidupan isi rumah.
Konsep asas seramik piezoelektrik:
Polarisasi spontan
Di bawah 120 darjah, struktur kristal Batio3 sedikit diputarbelitkan dan mempamerkan struktur tetragonal. Ba 2+ ti 4+ menjalani anjakan relatif kepada O 2-, mengakibatkan misalignment pusat caj positif dan negatif dan polarisasi (polarisasi spontan). Suhu peralihan ini biasanya dirujuk sebagai suhu Curie atau Curie Point (TC).
Polarisasi buatan
Polarisasi buatan adalah proses memohon medan elektrik semasa langsung yang cukup tinggi ke seramik piezoelektrik dan mengekalkannya pada suhu dan masa tertentu, memaksa domain elektriknya bertukar atau, dengan kata lain, memaksa polarisasi spontan untuk membuat pengaturan arah. Rajah berikut menggambarkan perubahan dalam domain elektrik dalam seramik sebelum rawatan polarisasi.
Seramik ferroelektrik
Sesetengah bahan mempamerkan polarisasi spontan dalam julat suhu tertentu. Selain itu, polarisasi spontan boleh dibalikkan oleh tindakan medan elektrik luaran, dan harta bahan ini dipanggil ferroelektrik. Bahan seramik dengan ciri ini dipanggil seramik ferroelektrik.
Prinsip Seramik Piezoelektrik: Kesan Piezoelektrik
Kesan piezoelektrik merujuk kepada ubah bentuk media tertentu di bawah tindakan kekerasan, menyebabkan permukaan media menjadi dikenakan, yang merupakan kesan piezoelektrik positif. Sebaliknya, apabila medan elektrik pengujaan digunakan, medium akan menjalani ubah bentuk mekanikal, yang dikenali sebagai kesan piezoelektrik songsang. Inti dari kesan piezoelektrik positif adalah polarisasi medium yang disebabkan oleh tindakan mekanikal; Inti dari kesan piezoelektrik songsang adalah polarisasi medium yang disebabkan oleh tindakan medan elektrik.
Pembuatan seramik piezoelektrik
Langkah -langkah utama dalam proses pengeluaran seramik piezoelektrik adalah: batching prapreatment pre menembak granulasi yang membentuk penembakan pemesinan elektrod polarisasi pengujian penuaan.
bahan mentah
Bahan mentah adalah asas untuk menyediakan seramik piezoelektrik. Bagi PZT, bahan mentah utamanya ialah PB3O4, ZRO2, dan TiO2. Apabila memilih bahan mentah, perhatian umumnya harus dibayar kepada komposisi kimia dan keadaan fizikal mereka. Keperluan kesucian untuk bahan mentah harus sederhana. Bahan mentah kemurnian tinggi mahal, dan suhu sintering tinggi dengan julat suhu sempit. Kekotoran dalam bahan mentah dengan kesucian yang sedikit lebih rendah boleh bertindak sebagai mineralizer dan bantuan lebur, tetapi sebaliknya menurunkan suhu sintering dan meluaskan julat suhu. Walau bagaimanapun, bahan mentah dengan kesucian yang terlalu rendah mengandungi lebih banyak kekotoran dan tidak sesuai digunakan.
Kekotoran
Kekotoran dibahagikan kepada kekotoran yang berbahaya dan kekotoran yang bermanfaat. Pengubahsuaian doping PZT boleh dibahagikan kepada penggantian bersamaan dan penggantian heterovalen; Penggantian heterovalen boleh dibahagikan kepada pengubahsuaian penggantian lembut, pengubahsuaian penggantian keras, dan pengubahsuaian penggantian lain.
Penggantian setara
Penggantian yang setara merujuk kepada penggantian ion pb 2+ dengan ion divalen seperti Ca 2+, sr 2+, mg 2+, dan sebagainya, yang mempunyai radii yang lebih kecil daripada pb { {4}} ion. Akibatnya, pemalar dielektrik ε seramik PZT meningkat ↑, pekali gandingan elektromekanik Kp meningkatkan ↑, dan piezoelektrik D meningkat, dengan itu meningkatkan prestasi piezoelektrik seramik PZT.
Penggantian heterovalent
Pengubahsuaian penggantian lembut dalam penggantian heterovalen merujuk kepada penambahan beberapa bahan tambahan kepada bahan mentah yang dapat mengurangkan kekuatan medan paksa EC oleh ↓, menjadikan polarisasi lebih mudah. Oleh itu, di bawah tindakan medan elektrik atau tekanan, sifat bahan menjadi "lembut". (Badan porselin setelah menembak menjadi kuning)
Penggantian keras dalam penggantian heterovalent merujuk kepada penambahan beberapa bahan tambahan yang dapat meningkatkan kekuatan medan paksaan EC dan membuat polarisasi lebih sukar, mengakibatkan sifat -sifat material menjadi "keras" di bawah tindakan medan elektrik atau tekanan. Selepas menembak, badan porselin kelihatan hitam
Pasaran seramik piezoelektrik
Seramik piezoelektrik, sebagai bahan berfungsi yang penting, menduduki bahagian yang besar dalam bidang elektronik. Pada tahun 2000, jualan global seramik piezoelektrik mencapai kira -kira 3 bilion dolar AS. Dalam tahun -tahun kebelakangan ini, jualan tahunan seramik piezoelektrik di seluruh dunia telah berkembang pada kadar 15%. Untuk melindungi Bumi dari pencemaran alam sekitar, Parlimen Eropah meluluskan undang -undang pada tahun 2001 mengenai sekatan bahan berbahaya dalam peralatan elektrik dan elektronik, yang termasuk peranti piezoelektrik yang mengandungi plumbum dalam bahan terhad. Pada masa ini, produk di pasaran seramik piezoelektrik domestik masih beroperasi menggunakan teknologi tradisional dan kaedah pengeluaran, dan produk bebas plumbum belum membentuk kelebihan industri. Memimpin bebas adalah arah utama usaha dalam industri.
Permohonan seramik piezoelektrik
Penggunaan seramik piezoelektrik sangat luas. Sebagai contoh, detonator piezoelektrik, pengesan ultrasonik, pemandu piezoelektrik, penukar piezoelektrik, penukar piezoelektrik, peminat seramik piezoelektrik. Syarikat kami secara amnya menggunakan PZT -4 dan PZT -8 seramik piezoelektrik kerana kedua-dua jenis ini mempunyai kecekapan penukaran elektromekanik yang tinggi dan sesuai untuk pemesinan ultrasonik ultrasonik tinggi dan pembersihan ultrasonik komponen transduser.