Düşük sıcaklık sinterlenmiş piezoelektrik seramik malzemeler: avantajlar ve uygulamalar

Düşük sıcaklık sinterlenmiş piezoelektrik seramik malzeme, mekanik enerjiyi elektrik enerjisine dönüştürebilen veya elektrik enerjisini mekanik enerjiye dönüştürebilen piezoelektrik etkisi ve dielektrik etkisi olan özel bir fonksiyonel malzemedir. Bu malzemelerin önemi, sensörler, radyo cihazları, vibratörler ve diğer birçok alandaki geniş kapsamlı uygulamalarında yatmaktadır.

Düşük sıcaklık sinterlenmiş piezoelektrik seramik malzeme

Geleneksel piezoelektrik seramik malzemeler iyi performans elde etmek için yüksek sıcaklık sinterleme gerektirir, ancak bu, sinterleme sırasında malzeme büzülmesi ve deformasyon gibi sorunlara yol açacaktır. Düşük sıcaklık sinterlenmiş piezoelektrik seramik malzeme, sinterleme işlemini nispeten düşük bir sıcaklıkta (genellikle 1000 ° C'nin altında) tamamlayabilir, böylece yukarıda belirtilen problemlerden kaçınabilir. Ek olarak, düşük sıcaklıkta sinterlenmiş piezoelektrik seramik malzemelerin hazırlama işlemi de daha basit, enerji tasarrufu sağlayan ve çevre dostudur.

Düşük sıcaklıklı sindirimli piezoelektrik seramik malzemelerin ana bileşenleri arasında kurşun zirkonyum titanat (PZT), kurşun zirkonyum baryum titanat (BZT), kurşun stronsiyum kurşun titanat (PST), vb. Ek olarak, mikro motor, vibratörler, ultrasonik dönüştürücüler ve diğer cihazlar üretmek için de kullanılabilirler.

Düşük sıcaklıkta sinterlenmiş piezoelektrik seramik malzemelerin sınıflandırılması

Kimyasal bileşim

Kimyasal bileşime göre, PZT, BZT, PSN ve diğer tiplere ayrılabilir.

Kurşun Zirkonyum Titanat (PZT), yüksek piezoelektrik katsayısına ve iyi stabiliteye sahip en yaygın düşük sıcaklıklı sindirimli piezoelektrik seramik malzemelerden biridir. Piezoelektrik cihazlarda baryum kurşun zirkonat titanat (BZT) ve kurşun strontium titanat (PSN) de yaygın olarak kullanılmaktadır.

Kristal yapısı ve faz bileşimi

Kristal yapıya ve faz bileşimine göre, tek fazlı tip ve çok fazlı tipe ayrılabilir.

Tek fazlı malzemeler, saf PZT malzemeleri gibi sadece bir kristal yapı içeren seramik malzemelere atıfta bulunur. Çok fazlı malzeme, PZT-BT (Bismuth Barium Titanat) malzemesi gibi iki veya daha fazla kristal yapıyı içerir.

Hazırlık yöntemi

Hazırlık yöntemine göre, katı faz reaksiyon yöntemine, sol-jel yöntemine, hidrotermal sentez yöntemine vb.

Katı hal reaksiyon yöntemi, genellikle mükemmel bir ürün elde etmek için yüksek sıcaklık sinterleme gerektiren geleneksel bir hazırlık yöntemidir. Sol-jel yöntemi, sinterleme işlemini nispeten düşük bir sıcaklıkta tamamlayabilen ortaya çıkan bir hazırlık yöntemidir. Hidrotermal sentez, heterojen malzemelerin hazırlanması için yaygın olarak kullanılan bir yöntemdir.

Geleneksel malzemelere kıyasla düşük sıcaklıkta sinterlenmiş piezoelektrik seramik malzemeler

Geleneksel yüksek sıcaklık sinterlenmiş piezoelektrik seramik malzemelerle karşılaştırıldığında, düşük sıcaklıkta sinterlenmiş piezoelektrik seramik malzemelerin aşağıdaki avantajları vardır:

Düşük sıcaklık sinterleme: Geleneksel yüksek sıcaklıklı sinterlenmiş piezoelektrik seramik malzemeler, yüksek sıcaklıkta uzun süreli bir sinterleme işlemi gerektirir, bu da malzemenin büzülmesi ve deformasyonu gibi sorunlara kolayca yol açar. Düşük sıcaklık sinterlenmiş piezoelektrik seramik malzeme, sinterleme işlemini nispeten düşük bir sıcaklıkta (genellikle 1000 ° C'nin altında) tamamlayabilir, böylece yukarıda belirtilen problemlerden kaçınabilir.

Enerji tasarrufu ve çevre koruması: Geleneksel yüksek sıcaklık sinterlenmiş piezoelektrik seramik malzemelerin hazırlık süreci çok fazla enerji ve kaynak tüketir ve sinterleme işlemi sırasında bazı zararlı gazlar üretilecektir. Düşük sıcaklık sinterlenmiş piezoelektrik seramik malzemelerin hazırlık işlemi daha enerji tasarrufu sağlayan ve çevre dostudur.

Çok fazlı malzemelerin hazırlanması basittir: Çok fazlı malzemelerin geleneksel yüksek sıcaklık sindirimli piezoelektrik seramik malzemelerle hazırlanması, hassas sıcaklık kontrolü ve karmaşık işlem akışı gerektirir. Düşük sıcaklık sinterlenmiş piezoelektrik seramik malzemeler, çok fazlı malzemelerin basit bir yöntemi ile hazırlanabilir.

Kararlı Performans: Düşük sıcaklıklı sindirimli piezoelektrik seramik malzemelerin performansı daha kararlıdır ve sıcaklık ve atmosfer gibi dış ortamlardan kolayca etkilenmez, bu nedenle daha geniş bir uygulama aralığında kullanılabilir.

Bununla birlikte, düşük sıcaklıkta sinterlenmiş piezoelektrik seramik malzemelerin dezavantajları vardır:

Nispeten zayıf fiziksel özellikler: Yüksek sıcaklıklı sindirimli piezoelektrik seramik malzemelerle karşılaştırıldığında, düşük sıcaklıkta sinterlenmiş piezoelektrik seramik malzemelerin fiziksel özellikleri biraz daha kötü olabilir, bu da belirli uygulama alanlarında kullanımlarını sınırlayabilir.

Düşük sıcaklık sinterleme işleminin hala mükemmelleştirilmesi gerekir: Düşük sıcaklık sinterlenmiş piezoelektrik seramik malzemelerin hazırlama işlemi nispeten yeni olduğundan, ürün kalitesi ve stabilitesini iyileştirmek için daha fazla geliştirilmesi ve mükemmelleştirilmesi gerekir.

Düşük sıcaklıkta sinterlenmiş piezoelektrik seramik malzemelerin uygulamaları

Titreşim Sensörleri: Düşük sıcaklıklı sindirimli piezoelektrik seramik malzemeler, titreşim frekansı ve yoğunluğu gibi verileri ölçebilen otomotiv klima kompresörleri için titreşim sensörleri gibi titreşim sensörleri üretmek için kullanılabilir.

Akustik Sensörler: Düşük sıcaklıklı sindirimli piezoelektrik seramik malzemeler, su ve hava akışının hızını ve akışını izlemek için kullanılabilen ultrasonik dedektörler ve akış sayaçları gibi akustik sensörler üretmek için kullanılabilir.

Basınç Sensörü: Tıbbi ekipmanlar, endüstriyel üretim kontrolü ve gerçek zamanlı olarak basıncı ölçebilen diğer alanlar gibi basınç sensörleri üretmek için düşük sıcaklıklı sindirimli piezoelektrik seramik malzemeler kullanılabilir.

Mikro-elektro-mekanik sistemler (MEM'ler): Accelererometreler, jiroskoplar, vb. Mikro-elektromekanik sistemler (MEM'ler) üretmek için düşük sıcaklıklı sindirimli piezoelektrik seramik malzemeler kullanılabilir.

Ultrasonik dönüştürücüler: Tıbbi görüntüleme ekipmanı ve temizleyiciler gibi ultrasonik dönüştürücüler üretmek için düşük sıcaklıklı sindirimli piezoelektrik seramik malzemeler kullanılabilir. Bu cihazlar elektrik enerjisini mekanik enerji ve ses dalgalarına dönüştürebilir ve maddelerin algılanmasını ve işlenmesini sağlayabilir.