Пьезокерамика

Пьезокерамика используются для преобразования механических параметров, например, давления и ускорения, в электрические параметры или, наоборот, преобразования электрических сигналов в механические движения или колебания.

Пьезокерамические материалы относятся к классу функциональной керамики. В датчиках они преобразуют силы, давления и ускорения в электрические сигналы, а в звуковых и ультразвуковых измерительных преобразователях и актуаторах – электрические напряжения в вибрации или деформации. Пьезокерамические материалы классифицируются, с одной стороны, в соответствии с их химическим составом, а с другой стороны — в соответствии с конкретными условиями применения. Компания CeramTec выделяет следующие категории пьезоэлектрической керамики:

• Материалы для измерительных преобразователей (ультразвуковые системы и устройства)
• Материалы для датчиков (ультразвуковые передатчики и приемники)
• Материалы для актуаторов (системы прецизионного позиционирования или системы впрыска топлива)
• Материалы специального назначения

Металлизированная пьезокерамика крепится с помощью проводящего клея, проводящего каучука, пружинных контактов или при помощи пайки.

Выбор свойств пьезокерамическим материалов

	Измерительные преобразователи	Датчики	Актуаторы
Относительная диэлектрическая проницаемость ε33 τ/ε0	1000 – 1300	1500 – 1850	1800 – 3800
Тангенс угла диэлектрических потерь tan δ	2x10-3 – 3x10-3	12x10-3 – 20x10-3	15x10-3 – 16x10-3
Частотная постоянная NP, кГц*мм	2210 – 2280	2020 – 2050	1960 – 2010
Фактор сопряжения kP	0,55 – 0,57	0,59 – 0,62	0,65
Пьезоэлектрический модуль d33, 10-12 Кл/Н	240 – 310	390 – 450	475 – 680
Пьезоэлектрическая постоянная напряжения g33, 10-3 Вм/Н	26,9 – 27,1	26,9 – 33,1	20,2 – 28,5
Коэффициент упругой податливости 11ε, 10-12 м2/Н	11,4 – 14,9	16,3 – 18,5	15,8 – 17,9
Коэффициент упругой жесткости 33D, 1010Н/м2	15,9 – 16,2	14,5 – 15,8	14,7 – 15,2
Коэффициент плотности, г/см2	7,65 – 7,70	7,65 – 7,80	7,70 – 7,83
Механическая добротность Qm	500 – 1000	60 – 90	75 – 80
Скорость старения Cε, %	-4,5 to -3,0	-2,3 to -0,3	- 1,6 to -0,8

Пьезокерамические материалы имеют широкий спектр применения. Они используются в ряде областей автомобильной промышленности, например, при производстве датчиков детонационного сгорания топлива или уровня масла, а также при изготовлении актуаторов для систем прецизионного регулирования или впрыска топлива в автомобильных двигателях. В медицинских технологиях пьезокерамические компоненты используются в литотрипторах, устройствах для удаления зубного налета и ингаляторах. Типичные области применения в машиностроительной промышленности включают системы и устройства для ультразвуковой очистки, ультразвуковой сварки и активного демпфирования вибраций. Звукосниматели для музыкальных инструментов или пьезоэлектрические устройства для зажигания газа являются примерами использования пьезоэлектрических технологий в потребительских областях применения.