초음파 압전 세라믹스의 특성

초음파 압전 세라믹은 압전 특성을 가진 전자 세라믹 재료의 한 종류입니다. 강유전성 성분을 포함하지 않는 일반적인 압전 수정과의 주요 차이점은 주요 구성 요소를 구성하는 결정상이 모두 강유전성 입자라는 것입니다. 지향. 세라믹이 거시적인 압전 특성을 나타내려면 압전 세라믹에서 소성해야 합니다. 단면에 복합전극을 형성하여 결합한 후 분극처리를 위해 강한 직류 전기장을 가하고, 원래의 무질서한 배향의 각각의 분극 벡터가 전기장의 방향을 따라 우선적으로 배향되도록 한다. 분극 처리 후 압전 세라믹은 전계가 제거된 후 특정 거시적 잔류 분극이 유지되어 세라믹이 특정 압전 특성을 갖습니다.

유전체 및 탄성 특성:

압전 세라믹의 유전 특성은 일반적으로 유전 상수 ε0으로 표시되는 외부 전기장에 대한 세라믹 재료의 응답 정도를 반영합니다. 외부 전기장이 너무 크지 않으면 전기장에 대한 유전체의 반응에 선형 관계를 사용할 수 있습니다.

압전 세라믹의 경우, P는 분극 강도, ε0은 진공 유전율, E는 전기 자화율, E는 적용된 전기장입니다. 압전 세라믹 부품의 용도에 따라 압전 세라믹의 유전 상수에 대한 요구 사항이 다릅니다. 예를 들어, 압전 세라믹 스피커와 같은 오디오 부품은 세라믹의 큰 유전 상수를 필요로 하는 반면, 고주파 압전 세라믹 부품은 작은 재료의 유전 상수를 필요로 합니다.

압전 세라믹스의 탄성 계수는 ​​세라믹스의 변형과 가해진 힘 사이의 관계를 반영하는 매개변수입니다. 다른 엘라스토머와 마찬가지로 압전 세라믹 재료는 Hooke의 법칙(Xmn=cmnpqxmnpq)을 따릅니다. 여기서 cmnpq는 엘라스토머의 탄성 경도 상수, X는 응력, x는 변형률입니다. 압전체의 경우 압전성으로 인해 탄성계수의 값은 전기적 경계조건과 관련이 있다.

압전 세라믹스의 압전성:

압전 세라믹스의 가장 큰 특징은 양압전과 역압전을 포함하는 압전이다. 양의 압전성은 기계적 외력의 작용 하에서 일부 유전체의 양전하 및 음전하 중심의 상대적인 변위를 말하며, 이로 인해 분극이 발생하여 유전체 표면에 반대 기호가 있는 속박 전하가 나타납니다. 외력이 너무 크지 않은 경우 전하 밀도는 다음 공식에 따라 외력에 비례합니다.

where δ is the surface charge density, d is the piezoelectric strain constant, and T is the tensile stress. Conversely, when an external electric field is applied to a piezoelectric dielectric, the positive and negative charge centers inside the dielectric undergo relative displacement and are polarized, and the displacement causes the dielectric to deform. This effect is called inverse piezoelectricity. When the electric field is not very strong, the deformation has a linear relationship with the external electric field, following the formula:

dt is the inverse piezoelectric strain constant, that is, the transposed matrix of d, E is the applied electric field, and x is the strain. The strength of the piezoelectric effect reflects the degree of coupling between the elastic properties and dielectric properties of the crystal, which is represented by the electromechanical coupling coefficient K, which follows the formula:

where u12 is piezoelectric energy, u1 is elastic energy, and u2 is dielectric energy.

Physical Mechanisms of Piezoelectric Properties:

The two ends of the polarized piezoelectric ceramic sheet will have bound charges, so a layer of free charges from the outside world is adsorbed on the electrode surface. When an external pressure F is applied to the ceramic sheet, discharge occurs at both ends of the sheet. On the contrary, if it is pulled, the charging phenomenon will occur. The phenomenon in which this mechanical effect is transformed into an electrical effect belongs to the positive piezoelectric effect.

In addition, piezoelectric ceramics have the property of spontaneous polarization, and the spontaneous polarization can be transformed under the action of an external electric field. Therefore, when an external electric field is applied to a piezoelectric dielectric, the change as shown in the figure will occur, and the piezoelectric ceramic will be deformed. However, the reason why piezoelectric ceramics deform is because when the same external electric field as spontaneous polarization is applied, it is equivalent to enhancing the polarization strength. The increase of the polarization strength makes the piezoelectric ceramic sheet elongate in the polarization direction. On the contrary, if the reverse electric field is applied, the ceramic sheet shortens along the polarization direction. This phenomenon, which is converted into a mechanical effect due to an electrical effect, is the inverse piezoelectric effect.

Other features:

Piezoelectric ceramics have sensitive characteristics and can convert extremely weak mechanical vibrations into electrical signals, which can be used in sonar systems, weather detection, telemetry environmental protection, household appliances, etc. The sensitivity of piezoelectric ceramics to external forces makes it even possible to sense the disturbance of the air caused by flying insects flapping their wings more than ten meters away. Using it to make piezoelectric seismometers can accurately measure the intensity of earthquakes and indicate the azimuth and distance of earthquakes. This has to be said to be a great feat of piezoelectric ceramics.

The deformation of piezoelectric ceramics under the action of the electric field is very small, at most no more than one ten-millionth of its own size. Don't underestimate this small change. Control of precision instruments and machinery, microelectronics technology, bioengineering and other fields are a great boon.

Frequency control devices such as resonators and filters are key components that determine the performance of communication equipment. Piezoelectric ceramics have obvious advantages in this regard. It has good frequency stability, high precision, wide applicable frequency range, small size, no moisture absorption, and long life. Especially in multi-channel communication equipment, it can improve the anti-interference performance, which makes the previous electromagnetic equipment unable to look back and faced with the problem of being overwhelmed. Alternative destiny.