Пьезоэлектричество от Жака и Пьера Кюри

Пьезоэлектрический эффект

 На некоторых кристаллах при механическом воздействии на них появляется электрическая поляризация, величина которой пропорциональна величине воздействия. Это явление было открыто братьями Жаком и Пьером Кюри в в 1880—1881 гг. Также возможен инверсионный эффект – деформирование материалов, помещенных в электрическое поле. Принято называть: прямой пьезоэлектрический эффект и обратный пьезоэлектрический эффект.  Эффект линейный – степень поляризации прямо пропорционально зависит от величины прилагаемого усилия. Полярность поля зависит от направления воздействия(сжатие или растяжение).

Пьезоэлектрические материалы

Пьезоэлектрические материалы делятся на два типа:

- пьезоэлектрические монокристаллы(кварц, турмалин, топаз,) имеют высокую стоимость. Поэтому чаще всего используют синтетические монокристаллы, выращиваемые в специальных установках.  

- пьезоэлектрическая керамика или пьезокерамика по физическим характеристикам это поликристаллический сегнетоэлектрик, в виде химического соединения или порошка кристаллов(твердый раствор зерен). Основу большинства современных пьезокерамических материалов составляют твердые растворы титаната - цирконата свинца (ЦТС, PZT), модифицированные различными компонентами и добавками. Выпускаются также пьезокерамические материалы и на основе титаната бария (ТБ), титаната свинца (ТС), метаниобата свинца (МНС), титаната висмута (ТВ).

Применение пьезокерамики

Пьезокерамические генераторы – преобразуют механическое воздействие в электрический потенциал, используя прямой пьезоэлектрический эффект. Используются для искровых воспламенителях нажимного и ударного типа, поджигающих системах, а так же   твердотельные  батареи на основе многослойной пьезокерамики.

Пьезокерамические датчики – преобразуют механическую силу или движение в пропорциональный электрический сигнал(основан на прямой пьезоэлектрический эффект). Выделяются два основных типа пьезокерамических датчиков: осевые (механическая сила действует вдоль оси поляризации) и гибкие (сила действует перпендикулярно оси поляризации). В осевых датчиках в качестве пьезоэлементов используют диски, кольца, цилиндры и пластины. В качестве примеров можно привести датчики ускорения (акселерометры), датчики давления, датчики детонации, датчики разрушения и т. п. Гибкие датчики строятся на основе последовательных (слои керамики имеют противоположную направленность поляризации) и параллельных (направленность поляризации слоев совпадает) пьезокерамических биморфов. Наиболее распространены датчики силы и ускорения.

Пьезокерамические актюраторы(пьезоприводы)– преобразуют электрическое поле в механическое перемещение(обратный пьезоэлектрический эффект). Актюаторы подразделяются на три основные группы: осевые, поперечные  и гибкие.

 Осевые и поперечные актюаторы имеют еще общее название — многослойные пакетные, так как набираются из нескольких пьезоэлементов  в пакет. Они могут развивать значительное усилие  до 10 кН при управляющем напряжении 1 кВ, но при очень малых отклонениях рабочей части (от единиц нанометров до сотен микрон). Такие актюаторы также называют мощными.

Гибкие актюаторы относятся к группе маломощных. К этой же группе будут относиться и перспективные осевые актюаторы, представляющие собой моноблок, изготовленный по технологии многослойной пьезокерамики.

Пакетные актюаторы могут производиться предприятиями, не связанными с производством пьезокерамики. Гибкие же и осевые актюаторы из многослойной керамики сами по себе являются пьезокерамическими элементами. Их могут производить только предприятия, владеющие технологиями и оборудованием для производства пьезокерамических элементов.

Пьезокерамические преобразователи – преобразуют электрическую энергию в механическую(обратный пьезоэлектрический эффект).

Подразделяются по частотному диапазону:

-звуковые (ниже 20кГц) - зуммеры, телефонные микрофоны, высокочастотные громкоговорители, сирены и т. п.

- ультразвуковые - высокоинтенсивные излучатели для сварки и резки, мойки и очистки материалов, датчики уровня жидкостей, дисперсионные распылители, генераторы тумана, ингаляторы, увлажнители воздуха.

- высокочастотные - оборудование для испытания материалов и неразрушающего контроля, диагностика в медицине и промышленности, линии задержки и т. д

Комбинированные пьезокерамические системы – преобразуют электрические величины в электрические, при последовательном использовании обратного и прямого пьезоэффектов. В качестве примеров таких систем можно привести эхолоты, измерители потоков, пьезотрансформаторы.

Пьезокерамические резонаторы – являются пассивными компонентами радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) и предназначены для использования в аналоговых цепях для стабилизации и выделения электрических колебаний определенной частоты или полосы частот.

 Производители пьезокерамики

Отечественные:

- ЗАО «Этна» -  Основной вид деятельности предприятия – разработка и промышленное производство изделий пьезоэлектроники, в частности резонаторов и фильтров, применяемых в качестве базовых элементов в приёмо-передающей аппаратуре. В последних разработках получило развитие применение кварцевых резонаторов в диапазоне частот от 9 до 250 МГц, возбуждаемых по основной гармонике, в качестве активного элемента массочувствительных сенсоров.

- Группа предприятий «Пьезо» - производит пьезоэлектрические монокристаллы и изделия на их основе: кварцевые резонаторы, фильтры на ОАВ, кварцевые генераторы.

- ОАО «Элпа» - пьезокерамические   материалы, элементы, фильтры и резонаторы, звонки, актюаторы и трансдьюсеры, пьезотрансформаторы, датчики ускорения, сейсмоприёмники, преобразователи. Акустоэлектронные изделия.

Зарубежные:

- Channel Industries(USA)пьезоэлектрические материалы, датчики, преобразователи, актюраторы, генераторы.

- Piezotechnology(GERMANY) - производит пьезоэлектрические материалы, пьезокерамические компонеты(кольца, пластины, трубки), преобразователи, актюраторы, двгатели, продукцию для нанотехнологий, приборы контроля и измерения.

- APC International - производит и поставляет на мировые рынки высококачественную пьезоэлектрическую керамику на основе серии композиций цирконата титаната свинца (ЦТС), метаниобата свинца (МНС), пьезокерамические элементы, изготовленные из этих материалов (диски, кольца, пластины, полусферы, полые цилиндры и т.п., с электродами из серебра, золота или никеля), а также разнообразные изделия на основе пьезокерамики.

 Любую продукцию, приведенных выше производителей, вы можете купить в ООО «Партнер»(Москва).

дизайн
Компания Сансити