Aplicacions industrials de la ceràmica piezoelèctrica

Aplicacions industrials de la ceràmica piezoelèctrica

Les ceràmiques piezoelèctriques són nous materials funcionals inorgànics no metàl·lics d'alta tecnologia. Amb la contínua investigació i millora en profunditat de materials i processos, l'aplicació de la tecnologia de ceràmica piezoelèctrica és cada cop més extensa. Els materials piezoelèctrics s'han utilitzat àmpliament en els camps de sensors, actuadors, transductors, proves no destructives i tecnologia de comunicació com a materials mecànics, elèctrics, de so, de llum i de calor. Amb el desenvolupament de l'alta tecnologia, l'aplicació de la ceràmica piezoelèctrica serà cada cop més àmplia.

El material base és un factor clau per determinar el rendiment del producte. Actualment, els materials ceràmics piezoelèctrics amb resistència a alta temperatura, resistència a alta pressió, alta sensibilitat i baixes pèrdues són les direccions de recerca i desenvolupament reconegudes de la indústria global. Tot i que hi ha moltes investigacions sobre materials ceràmics piezoelèctrics sense plom, encara no han arribat al nivell pràctic. nivell i no pot substituir la ceràmica piezoelèctrica que conté plom existent a curt termini.

L'arribada de l'era d'Internet mòbil i l'aparició de la demanda d'equips terminals petits i ultra prims, alta fiabilitat i baix consum d'energia han proporcionat una bona oportunitat per a l'aplicació i desenvolupament de productes ceràmics piezoelèctrics. Especialment, els productes laminats es poden convertir en receptors piezoelèctrics, altaveus, sistemes de so de carcassa posterior del telèfon mòbil, sistemes de so de vibració de pantalla, micròfons MEMS, transductors piezoelèctrics de compensació d'alta freqüència, etc. Els productes tradicionals són la millor opció per als terminals de comunicació mòbil. Els productes més prims són la tendència del futur.

Els dispositius ceràmics piezoelèctrics no només s'utilitzen àmpliament en productes industrials i civils, sinó que també tenen un gran nombre d'aplicacions a l'exèrcit. Per exemple, la ceràmica piezoelèctrica es converteix en transductors acústics submarins, que es poden utilitzar com a parell d'ulls brillants per a submarins nuclears, que poden dur a terme sense problemes la navegació submarina, la comunicació, el reconeixement de vaixells enemics i la neteja de les mines enemigues. Les espoletes piezoelèctriques poden encendre i detonar amb precisió bombes perforants i altres armes letals; Els actuadors piezoelèctrics de micro-desplaçament són un component clau indispensable en els sistemes de posicionament de precisió; Els giroscopis piezoelèctrics fets de ceràmica piezoelèctrica són indispensables en l'aeronàutica. El "timoner" desaparegut i així successivament.

La ceràmica piezoelèctrica s'utilitza en una àmplia gamma d'aplicacions. Algunes de les principals aplicacions s'enumeren a continuació:

(1) Transductor electroacústic

Els transductors electroacústics s'utilitzen principalment en diverses alarmes, micròfons de conducció òssia, receptors, altaveus piezoelèctrics, etc.

L'alarma es pot utilitzar per a tot tipus d'alarmes d'electrodomèstics, detectors de fum, alarmes de robatori de cotxes, protecció contra incendis, alarmes de seguretat personal, etc. El micròfon de conducció òssia converteix el senyal de veu de la vibració dels ossos de l'oïda en senyals elèctrics, de manera que per convertir el senyal de veu en un senyal elèctric. Una nova generació de transmissors anti-soroll transmesos a l'extrem receptor, aquests auriculars Bluetooth estan disponibles actualment al Japó; Els receptors i altaveus piezoelèctrics tenen les característiques d'un consum d'energia ultra prim i baix.

Els transductors electroacústics utilitzats en alarmes generals encara no han substituït els productes i encara tenen un gran mercat, mentre que les alarmes de pressió sonora alta en entorns especials tindran un augment més gran d'alarmes; Amb el desenvolupament del consum d'energia, els receptors i altaveus piezoelèctrics es convertiran en les millors opcions per a terminals portàtils i tindran bones perspectives de mercat.

(2) Transductor d'ultrasons

Els transductors d'ultrasons són adequats per a motors ultrasònics, atomització ultrasònica, sonar, neteja per ultrasons, soldadura per ultrasons, bellesa ultrasònica, processament d'ultrasons, reproducció d'ultrasons, telemetria i control remot, control de trànsit, abast, detecció de fuites, detecció de flux i calor, imatges robòtiques Recollida d'informació , etc.

Actualment no hi ha productes alternatius per als transductors d'ultrasons, i el seu mercat d'aplicacions s'està desenvolupant de manera constant. En particular, la calefacció del nord implementarà mesura i càrrega, de manera que el sensor de calor tindrà un gran mercat.

(3) Transductor acústic submarí

En les batalles navals, el més difícil de tractar són els submarins, que poden submergir-se en el mar durant molt de temps i atacar ports i vaixells sense saber-ho, provocant grans maldecaps a l'enemic. Com trobar submarins enemics? No podeu confiar en els vostres ulls, ni podeu utilitzar el radar, perquè les ones electromagnètiques s'atenuaran bruscament a l'aigua de mar i no poden transmetre senyals de manera eficaç. La detecció de submarins es basa en els sonars, les orelles submarines. La ceràmica piezoelèctrica és el material per fer el sonar. Emet ones ultrasòniques, que es reflecteixen quan es troba amb submarins. Després de ser rebut i processat, es pot mesurar l'azimut i la distància dels submarins enemics. Aquesta és una aplicació indispensable de la tecnologia de defensa nacional, i el seu desenvolupament rau en augmentar la potència de transmissió i millorar la sensibilitat de recepció, de manera que la distància de detecció es pot millorar completament.

(4) Sistema d'amortiment de vibracions piezoelèctrics

Els sistemes de reducció de vibracions piezoelèctrics es poden dividir en reducció passiva de vibracions i reducció activa de vibracions. La reducció passiva de la vibració consisteix a preparar una capa de pel·lícula de resistència a la superfície de la ceràmica piezoelèctrica, la ceràmica piezoelèctrica converteix la vibració o el soroll en energia elèctrica, el corrent es converteix en energia tèrmica a través de la pel·lícula de resistència i l'energia tèrmica s'exporta a través del conductor tèrmic a jugar el paper de reducció de vibracions i reducció de soroll; La reducció activa de la vibració consisteix a combinar ceràmica piezoelèctrica a l'objecte que s'ha de reduir la vibració, convertir la seva forma d'ona de vibració en un senyal de tensió corresponent i realitzar una vibració inversa mitjançant l'ajust de fase i l'amplificació al transductor acoblat a l'element vibrador, suprimint així la vibració per aconseguir-ho. l'objectiu de la reducció de vibracions. Actualment no hi ha moltes aplicacions d'aquest tipus, i la majoria d'elles encara es troben en fase experimental, com els sistemes de reducció de soroll i de vibració dels ordinadors que requereixen alguns dispositius militars, etc., i tindran bones perspectives de mercat.

(5) Actuador piezoelèctric

Els elements d'accionament ceràmics piezoelèctrics es divideixen en tipus d'expansió lateral monolítica, tipus de flexió, tipus laminat de gruix, tipus laminat lateral, tipus de tub, tipus de plat, etc. S'utilitzen àmpliament en aeroespacial, injectors de carril comun, vàlvules intel·ligents d'alta velocitat, posicionament nanòmetre , micromecanitzat, sistema de compensació de micro-desplaçament de giroscopi làser, control de deformació del mirall deformable, unitat de disc dur (posicionament del capçal magnètic), instrument òptic (ajust de l'eix òptic, ajust del focus), bomba piezoelèctrica, sistema de teixir jacquard, lector de cegues, etc. els actuadors són tècnicament difícils, i actualment només unes poques empreses del món els poden fer. La Xina té un inici lent. Actualment, les màquines de teixir jacquard per ordinador han aplicat actuadors piezoelèctrics en grans quantitats. , Pante Electric Ceramics s'ha convertit en un dels fabricants que pot fabricar una gamma completa d'actuadors piezoelèctrics, i les aplicacions domèstiques estan prenent forma gradualment i s'espera que formi un mercat més gran en el futur.

(6) Recollida d'energia piezoelèctrica

Mantes piezoelèctriques (el Japó ha utilitzat mantes piezoelèctriques per alimentar els rètols del metro), sabates piezoelèctriques (col·loqueu dispositius de recollida d'energia piezoelèctrica a les soles de les sabates per generar electricitat quan camina, que es pot utilitzar per carregar bateries i escalfar el cos de les sabates, etc.), Generació d'energia muscular (font d'alimentació per a dispositius electrònics implantats al cos), recollida d'energia de vibració de vehicles híbrids i elèctrics complets (que no només pot millorar l'efecte de reducció de vibracions, sinó que també allarga l'estalvi d'energia alimentant l'energia elèctrica recollida a la bateria) , generació d'energia de les ones oceàniques, etc. La recol·lectora d'energia ceràmica piezoelèctrica s'utilitza com a font d'energia permanent per a dispositius bioelectrònics. S'ha informat d'aquest projecte i les institucions d'investigació nacionals han començat a estudiar-lo, cosa que salvarà els pacients amb aparells elèctrics implantats del dolor de canviar les piles; la recuperació de l'energia de vibració de l'automòbil també esdevindrà una part indispensable dels vehicles totalment elèctrics i híbrids; el meu país té una llarga costa i la generació d'energia de les ones també es convertirà en la nova font d'energia més neta i de menor cost.

(7) Dispositiu de freqüència piezoelèctric

Els ressonadors, filtres, trampes, etc., fets amb les característiques ressonants de la ceràmica piezoelèctrica, s'utilitzen per a la generació i processament de senyals de freqüència. Els dispositius de processament de freqüència que s'utilitzen habitualment, com ara els filtres, estan disminuint ràpidament, de manera que el seu mercat es troba en una fase de reducció ràpida.

(8) Transformador piezoelèctric

Els transformadors piezoelèctrics s'utilitzen principalment per a fonts d'alimentació de petit corrent i alta tensió. L'objecte principal d'aplicació de la investigació i desenvolupament original va ser la font d'alimentació de retroil·luminació de pantalles de cristall líquid, com ara ordinadors portàtils, però ara la majoria d'ells han utilitzat retroil·luminació LED i ja no necessiten fonts d'alimentació d'alta tensió i baixa intensitat, així que ara només s'utilitzen algunes porres elèctriques petites i generadors d'ions negatius. gran mercat d'aplicacions.

(9) Element d'encesa de detonació piezoelèctrica

El projectil perforant disparat pel canó antitanc explotaria immediatament en contacte amb el tanc, destrossant-lo. Això es deu al fet que l'ogiva està equipada amb ceràmica piezoelèctrica, que pot convertir la forta força mecànica quan xoquen en una alta tensió instantània i explotar una espurna per detonar l'explosiu. Ara els fogons i els encenedors de gas també estan fets de ceràmica piezoelèctrica. Mentre premeu el botó d'encesa amb el dit, la ceràmica piezoelèctrica de l'encenedor pot generar alta tensió, formar espurnes elèctriques i encendre el gas, i es pot utilitzar durant molt de temps. Per tant, els encenedors piezoelèctrics no només són fàcils d'utilitzar, segurs i fiables, sinó que també tenen una llarga vida útil. Per exemple, un encenedor fet de ceràmica piezoelèctrica de titanat de plom es pot utilitzar més d'1 milió de vegades. Actualment, no hi ha un producte alternatiu millor per a la detonació de components d'ignició i el mercat d'aplicacions augmenta constantment.