Prinzip und Materialklassifizierung von ultraschallpiezoelektrischen Keramikwandler

The principle of the piezoelectric effect of an ultrasonic piezoelectric ceramic sheet is that if pressure is applied to a piezoelectric material, it will generate a potential difference (called the positive piezoelectric effect), and if a voltage is applied, it will generate mechanical stress ( als inverse piezoelektrische Wirkung bezeichnetPiezoceramic -Elemente Ring). Wenn der Druck eine Hochfrequenzvibration ist, wird Hochfrequenzstrom erzeugt. Wenn ein hochfrequentes elektrisches Signal auf eine piezoelektrische Keramik angewendet wird, wird ein Hochfrequenz akustischer Signal (mechanische Schwingung) erzeugt, was wir normalerweise als Ultraschallsignal bezeichnen. Mit anderen Worten, piezoelektrische Keramik haben die Funktion der Umwandlung und inversen Umwandlung zwischen mechanischer Energie und elektrischer Energie. Diese gegenseitige Beziehung ist sehr interessant.

Es ist in piezoelektrische Keramikkristalle unterteilt undUltraschall -Piezoceramic -Elemente. Piezoelektrische Kristalle beziehen sich normalerweise auf piezoelektrische Einzelkristalle, und piezoelektrische Keramik beziehen sich normalerweise auf piezoelektrische Polykristalle. Piezoelektrische Keramik sind eine Art von Polykristallen, die durch Mischen, Formen und Sintern mit den erforderlichen Komponenten sowie durch unregelmäßige feine Partikel, die durch Festkörperreaktion und Sintern zwischen Partikeln erhalten wurden, gebildet werden. Piezo -Keramikplatten mit piezoelektrischen Eigenschaften werden als piezoelektrische Keramik bezeichnet, die tatsächlich ferroelektrische Piezoceramik sind. Die Körner dieser Piezoceramic haben ferroelektrische Domänen. Die ferroelektrischen Domänen bestehen aus 180 Domänen mit anti-parallelen spontanen Polarisationsrichtungen und 90 Domänen mit senkrechten spontanen Polarisationsrichtungen. Unter dem Zustand der künstlichen Polarisation (Anwendung des verbesserten DC -elektrischen Feldes) sind diese Domänen perfekt in Richtung des externen elektrischen Feldes ausgerichtet, und die verbleibende Polarisationsstärke wird nach Entfernung des externen elektrischen Feld . Zum Beispiel Bariumtitanat BT, Bleizirkonat -Titanat PZT, modifiziertes Bleizirkonat -Titanat, Blei -Metaniobat, Lithium -Blei Niobat Barium PBLN, modifiziertes Blei -Titanat PT und dergleichen. Die erfolgreiche Entwicklung dieses PZT -Materials hat die Verbesserung und Verbesserung der Leistung verschiedener piezoelektrischer Geräte von akustischen Ultraschallwandlern und piezoelektrischen Sensoren gefördert.

Der piezoelektrische Effekt des ultraschallpiezoelektrischen Keramikblatts bedeutet, dass die Struktur einiger einzelnen PiezoKristallmaterialien haben asymmetrische Eigenschaften. Wenn diese PZT -Materialien einer angewendeten Spannung und Belastung ausgesetzt sind, zerstören Änderungen (Verformungen) in der inneren Gitterstruktur die Originalität der elektrischen Neutralität. Der makroskopische Zustand erzeugt ein polarisiertes elektrisches Feld (Polarisation), und das erzeugte elektrische Feld (Polarisationsintensität) ist proportional zur Größe des Stammes. Dieses Phänomen wird als positiver piezoelektrischer Effekt bezeichnet, der 1880 von den Curie Brothers entdeckt wurde. Später, 1881, wurde ferner festgestellt, dass dieses einzelne Kristallmaterial auch einen umgekehrten piezoelektrischen Effekt hat. Wenn ein Material mit positivem piezoelektrischem Effekt einem externen elektrischen Feld ausgesetzt wird, wird Spannung und Dehnung erzeugt, und der Anstieg ist proportional zur Größe des externen elektrischen Feldes. Der piezoelektrische Effekt ist ein Merkmal der Kristallstruktur, das mit der Asymmetrie der Kristallstruktur zusammenhängt, und die Größe und Art des piezoelektrischen Effekts hängt mit der Richtung der angelegten Spannung oder des elektrischen Feldes relativ zur Kristallachse zusammen. Es gibt eine Vielzahl von Single PZTHochleistungs -Piezo -KeramikKristallmaterialien mit piezoelektrischen Effekten wie natürlicher Quarz (SiO 2) Kristalle und künstlichen Einkristallmaterialien wie Lithiumsulfat (Li2SO4), Lithium -Niobat (Linbo3) und dergleichen.