A cerâmica piezoelétrica (chip de cerâmica piezoelétrica) é um material policristalino com efeito piezoelétrico, nomeado após seu processo de produção semelhante à cerâmica. É um termo geral para cerâmica ferroelétrica com efeitos piezoelétricos, que são feitos pela mistura de óxidos (zircônia, óxido de chumbo, óxido de titânio, etc.), sinterização de alta temperatura e reação de estado sólido para produzir tratamento de polarização policrália. A cerâmica piezoelétrica possui excelentes propriedades mecânicas e propriedades piezoelétricas estáveis. Como importante material funcional para força, calor, eletricidade e sensor de luz, eles têm sido amplamente utilizados em componentes eletrônicos, como hastes de amplitude, transdutores ultrassônicos e dispositivos de micro deslocamento.
A história do desenvolvimento da cerâmica piezoelétrica:
Em 1880, os irmãos Curie descobriram pela primeira vez o efeito piezoelétrico da turmalina, marcando o início da história da piezoeletricidade.
Em 1881, os irmãos Curie verificaram experimentalmente o efeito piezoelétrico inverso e deram as mesmas constantes piezoelétricas positivas e negativas que o quartzo.
De 1842 a 1949, foram descobertas altas constantes dielétricas, ferroeletricidade e piezoeletricidade em cerâmica piezoelétrica de Batio3. A questão da polarização foi posteriormente resolvida.
Na década de 1950, os Estados Unidos e o Japão conduziram pesquisas sobre o uso de cerâmica piezoelétrica do BATIO3 para produzir transdutores ultrassônicos, transdutores de alta frequência, sensores de pressão, filtros e outras aplicações.
Em 1954, os Estados Unidos B Jaffe et al. Descobriu que o titanato de zirconato de chumbo (PZT) tem piezoeletricidade muito forte e estável, o que avança muito a pesquisa da aplicação de dispositivos piezoelétricos.
Posteriormente, a fim de proteger a terra e o espaço humano, impedir a poluição ambiental, a cerâmica piezoelétrica não chumbo se tornou a direção de pesquisas e aplicações futuras.
Até agora, a aplicação da cerâmica piezoelétrica tem sido extremamente extensa, do desenvolvimento espacial à vida doméstica.
Conceitos básicos de cerâmica piezoelétrica:
Polarização espontânea
Abaixo de 120 graus, a estrutura cristalina do BATIO3 é ligeiramente distorcida e exibe uma estrutura tetragonal. BA 2+ ti 4+ passa por um deslocamento em relação a O 2-, resultando no desalinhamento de centros de carga positivos e negativos e polarização (polarização espontânea). Essa temperatura de transição é comumente chamada de temperatura Curie ou Curie Point (TC).
Polarização artificial
A polarização artificial é o processo de aplicação de um campo elétrico de corrente direta suficientemente alta a uma cerâmica piezoelétrica e mantê -la a uma certa temperatura e tempo, forçando seus domínios elétricos a girar ou, em outras palavras,, forçando sua polarização espontânea a fazer arranjos direcionais. O diagrama a seguir ilustra as alterações nos domínios elétricos em cerâmica antes do tratamento de polarização.
Cerâmica ferrelétrica
Alguns materiais exibem polarização espontânea dentro de uma certa faixa de temperatura. Além disso, sua polarização espontânea pode ser revertida pela ação de um campo elétrico externo, e essa propriedade do material é chamada ferroeletricidade. Os materiais de cerâmica com essa característica são chamados de cerâmica ferroelétrica.
O princípio da cerâmica piezoelétrica: efeito piezoelétrico
O efeito piezoelétrico refere -se à deformação de certos meios sob a ação da força, fazendo com que a superfície do meio seja carregada, que é o efeito piezoelétrico positivo. Pelo contrário, quando um campo elétrico de excitação é aplicado, o meio sofre deformação mecânica, conhecida como efeito piezoelétrico inverso. A essência do efeito piezoelétrico positivo é a polarização do meio causada por ação mecânica; A essência do efeito piezoelétrico inverso é a polarização do meio causada pela ação de um campo elétrico.
Fabricação de cerâmica piezoelétrica
As principais etapas do processo de produção de cerâmica piezoelétrica são: lotes de pré -tratamento em granulação pré -disparo formando o teste de envelhecimento da polarização da polarização da usinagem.
matéria-prima
As matérias -primas são a base para a preparação da cerâmica piezoelétrica. Para PZT, suas principais matérias -primas são PB3O4, ZRO2 e TiO2. Ao selecionar matérias -primas, geralmente deve ser dada a atenção à sua composição química e estado físico. Os requisitos de pureza para matérias -primas devem ser moderados. As matérias -primas de alta pureza são caras e a temperatura de sinterização é alta com uma faixa de temperatura estreita. As impurezas nas matérias -primas com pureza ligeiramente mais baixa podem atuar como mineralizadores e ajuda a derretimento, mas, em vez disso, diminuir a temperatura de sinterização e ampliar a faixa de temperatura. No entanto, as matérias -primas com pureza excessivamente baixa contêm mais impurezas e não são adequadas para uso.
Impureza
As impurezas são divididas em impurezas nocivas e impurezas benéficas. A modificação de doping de PZT pode ser dividida em substituição equivalente e substituição heterovalente; A substituição heterovalente pode ser dividida em modificação de substituição suave, modificação de substituição dura e outras modificações de substituição.
Substituição equivalente
A substituição equivalente refere -se à substituição de íons pb 2+ com íons divalentes como Ca 2+, sr 2+, mg 2+, etc., que têm raios menores que pb { {4}} íons. Como resultado, a constante dielétrica ε da cerâmica PZT aumenta ↑, o coeficiente de acoplamento eletromecânico KP aumenta ↑ e a constante p piezoelétrica D aumenta, melhorando assim o desempenho piezoelétrico das cerâmicas de PZT.
Substituição heterovalente
A modificação de substituição suave na substituição heterovalente refere -se à adição de alguns aditivos à matéria -prima que pode reduzir a força coercitiva do campo CE por ↓, facilitando a polarização. Portanto, sob a ação do campo elétrico ou do estresse, as propriedades do material se tornam "macias". (O corpo de porcelana após disparar fica amarelo)
A substituição dura na substituição heterovalente refere -se à adição de alguns aditivos que podem aumentar a força coercitiva do campo EC e dificultar a polarização, resultando nas propriedades do material se tornarem "difíceis" sob a ação do campo elétrico ou do estresse. Após o disparo, o corpo de porcelana parece preto
O mercado de cerâmica piezoelétrica
A cerâmica piezoelétrica, como importantes materiais funcionais, ocupam uma proporção considerável no campo da eletrônica. Em 2000, as vendas globais de cerâmica piezoelétrica atingiram aproximadamente 3 bilhões de dólares. Nos últimos anos, as vendas anuais de cerâmica piezoelétrica em todo o mundo cresceram a uma taxa de 15%. Para proteger a Terra da poluição ambiental, o Parlamento Europeu aprovou uma lei em 2001 sobre a restrição de substâncias nocivas em equipamentos elétricos e eletrônicos, que inclui dispositivos piezoelétricos que contêm chumbo nas substâncias restritas. Atualmente, os produtos no mercado de cerâmica piezoelétrica doméstica ainda operam usando os métodos tradicionais de tecnologia e produção e produtos sem chumbo ainda não formaram uma vantagem industrial. O chumbo livre é a principal direção dos esforços na indústria.
Aplicação de cerâmica piezoelétrica
A aplicação da cerâmica piezoelétrica é muito extensa. Por exemplo, detonadores piezoelétricos, detectores ultra -sônicos, drivers piezoelétricos, ignitadores piezoelétricos, conversores piezoelétricos, torrãos rolares de reversão piezoelétricos. Nossa empresa geralmente usa pzt -4 e pzt -8 cerâmica piezoelétrica porque esses dois tipos têm alta eficiência de conversão eletromecânica e são adequados para usinagem ultrassônica de generadores de alta potência.