Piezoelektrik seramiklerin özellikleri ve piezoelektrik etkisi
GG, piezoelektrik etkiye sahip seramikler" ultrasonik dönüştürücülerde piezoelektrik seramikler olarak adlandırılır. Piezoelektrik seramikler, sinterleme işlemi sırasında genellikle birkaç oksitleyici bileşik veya karbonik asit bileşikleri arasındaki kimyasal reaksiyonlarla oluşturulur. Üretim süreci sıradan elektronik seramiğe benzer.
Piezoelektrik seramikler, yüksek fiziksel mukavemetleri, kimyasal hareketsizlikleri ve nispeten ucuz üretim maliyetleri nedeniyle ultrasonik dönüştürücü yapımında tercih edilen seçimdir. Piezoelektrik seramikler, ultrasonik dönüştürücüler, seramik kapasitörler, sensörler ve aktüatörler gibi öğeleri yapmak için kullanılabilir.
Piezoelektrik seramiklerin özellikleri
Piezoelektrik seramikler, insan yapımı piezoelektrik malzemelerdir. Piezoelektrik malzemeler, mekanik stres nedeniyle elektrik üretebilen malzemelerdir. Bir voltaj uygulandığında piezoelektrik malzeme deforme olur. Piezoelektrik bir etki yaratmak ve çalışmak için tüm piezoelektrik malzemeler iletken değildir.
Piezoelektrik seramikler, uygulanan mekanik gerilime karşılık gelen bir voltaj üretir. Basınç, hızlanma ve açısal hızı tespit etmek için genellikle enerji toplayıcı, gaz ateşleyici ve sensör olarak kullanılır.
Piezoelektrik seramikler, uygulanan gerilime karşılık gelen yer değiştirme oluşturur. Bu, yaygın olarak piezoelektrik enjektörler, nano konumlandırma ve titreşim önleme sistemleri gibi doğrusal aktüatör uygulamaları için kullanılır. Elektronik ve hidrolik aktüatörlerle karşılaştırıldığında, piezoelektrik seramikler hızlı tepki, yüksek basınç ve hassas çalışma rezonansı avantajlarına sahiptir.
Piezoelektrik seramikler şekil ve boyut olarak doğal titreşimlere sahiptir. Belirli bir frekansa (rezonans frekansı denir) sahip bir elektrik alanı uygulandığında, piezoelektrik seramik büyük bir genlikte titreşecek ve böylece maksimum akımı gösterecektir. Bu özellik çamaşır makineleri, nemlendiriciler, sonar, elektrik sinyal filtreleri ve ultrasonik motorlar gibi ultrasonik vibratörlerde kullanılır.
Piezoelektrik seramik malzemeler
Baryum titanat, kurşun zirkonat titanat ve lityum niyobat gibi malzemeler, piezoelektrik seramikler yapmak için ana hammaddelerdir. Bazı sentetik malzemelerdir ve çoğu doğal malzemeden daha fazla güç üretim kapasitesine sahip oldukları kanıtlanmıştır. Kurşun zirkonat titanat (PZT), piezoelektrik seramikler yapmak için en yaygın hammaddedir. Kurşun ve zirkonyum olmak üzere iki kimyasal elementten (yüksek sıcaklıklarda) yapılır ve üretilir.
Dönüştürücü için piezoelektrik seramik levha
PZT seramikleri diğer piezoelektrik seramiklere göre daha yüksek hassasiyete ve daha yüksek çalışma sıcaklığına sahiptir. PZT'nin ayırt edici özelliği, büyük piezoelektrikliğidir. PZT, büyük piezoelektrikliği gerçekleştirmek için uygun olan perovskit tipi bir kristal yapıya sahiptir. Ek olarak, işlevler bileşen optimizasyonu yoluyla geliştirilebilir.
Piezoelektrik etki
Düzensiz kristaller piezoelektrik malzemeler olarak bir araya gelir. Bu kristallerin yapısı simetrik değildir, ancak yine de elektriksel olarak nötr bir dengede bulunurlar. Bununla birlikte, bu piezoelektrik kristallere mekanik basınç uygulandığında, yapıları deforme olacak ve atomlar, akımı iletebilen kristaller üretmek için itilecektir. Aynı piezoelektrik kristali kullanırsanız ve ona bir elektrik akımı uygularsanız, kristal genişler ve büzülür, böylece elektrik enerjisini mekanik enerjiye dönüştürür.
Piezoelektrik seramikler, piezoelektrik malzemelerdir ve GG, piezoelektrik etkisi" piezoelektrik malzemelerin genellikle sahip olduğu. Piezoelektrik etki, kristal malzemedeki mekanik durum ile elektriksel durum arasındaki doğrusal elektromekanik etkileşimden kaynaklanır. Piezoelektrik etki, doğrudan piezoelektrik ve ters piezoelektrik etkiye bölünmüştür. Piezoelektrik etkisi tersine çevrilebilir. Küçük bir dış kuvvet üzerine etki ettiğinde, mekanik enerjiyi elektrik enerjisine dönüştürebilir. Piezoelektrik seramik levha grupları arasında bir AC voltajı uygulandığında, elektrik enerjisi mekanik enerjiye çevrilecektir.
Doğrudan piezoelektrik etki
Doğrudan piezoelektrik etki, malzeme üzerindeki doğrudan baskıdan kaynaklanır. Bu, genellikle bir piezoelektrik malzeme parçasına (kristal veya seramik gibi) basınç uygulamak için iki metal plaka kullanıldığında meydana gelir. Basitçe piezoelektrik kristali iki metal plaka arasına yerleştirerek, bu anda malzeme mükemmel bir dengede ve akımı iletmiyor. Metal plaka malzemeye mekanik basınç uyguladığında, kristal basınç veya diğer gerilimlerden etkilendiğinde, yük dengesizliği bir farka neden olacaktır. Kristal yüzeyin zıt taraflarında aşırı negatif ve pozitif yükler görülür. Metal plaka, voltaj oluşturmak ve devre boyunca akım göndermek için kullanılabilen bu yükleri toplar. Bu süreç doğrudan bir piezoelektrik etkidir.
Ters piezoelektrik etkisi
İki metal plaka arasına bir piezoelektrik kristal yerleştirilir ve kristalin yapısı herhangi bir değişiklik olmaksızın mükemmel bir dengeye sahiptir. Kristale elektrik enerjisi uygulandığında, kristalin yapısı büzülür ve genişler. Kristal yapı genişledikçe ve daraldıkça, alınan elektrik enerjisini dönüştürür ve mekanik enerjiyi ses dalgaları şeklinde serbest bırakır. Akım, malzemedeki atomları ileri geri titreşmeye zorlar. Bu sürece ters piezoelektrik etki denir. Ters piezoelektrik etkisi, hoparlörler ve zil sesleri gibi ses dalgaları üreten cihazların geliştirilmesine yardımcı olur.
Ultrasonik dönüştürücünün temel unsuru olan PZT-8'in piezoelektrik seramiği daha yüksek kalite faktörüne, daha yüksek güvenli çalışma sıcaklığına (Curie sıcaklığı) ve daha düşük dielektrik kaybına (tanδ) sahiptir. Bu aynı zamanda yüksek elektromekanik dönüşüm verimliliğini ve kararlılığını garanti eder.
