Materiais cerâmicos piezoelétricos de baixa temperatura: vantagens e aplicações

O material cerâmico piezoelétrico sinterizado de baixa temperatura é um material funcional especial com efeito piezoelétrico e efeito dielétrico, que pode converter energia mecânica em energia elétrica ou converter energia elétrica em energia mecânica. A importância desses materiais está em suas aplicações abrangentes em sensores, dispositivos de rádio, vibradores e muitos outros campos.

Material de cerâmica piezoelétrica de baixa temperatura sinterizada

Os materiais cerâmicos piezoelétricos tradicionais requerem sinterização de alta temperatura para obter um bom desempenho, mas isso levará a problemas como retração e deformação do material durante a sinterização. O material cerâmico piezoelétrico sinterizado de baixa temperatura pode completar o processo de sinterização a uma temperatura relativamente baixa (geralmente abaixo de 1000 ° C), evitando assim os problemas acima mencionados. Além disso, o processo de preparação de materiais cerâmicos piezoelétricos sinterizados de baixa temperatura também é mais simples, economizando energia e ecológica.

Os principais componentes dos materiais cerâmicos piezoelétricos sinterizados de baixa temperatura incluem titanato de zircônio de chumbo (PZT), titanato de bário de zircônio de chumbo (BZT), titanato de chumbo de chumbo (PST), etc. Esses materiais são amplamente utilizados nos campos de ondas sonoras, ondas ultrassônicas. Além disso, eles também podem ser usados ​​para fabricar micro-motores, vibradores, transdutores ultrassônicos e outros dispositivos.

A classificação de materiais cerâmicos piezoelétricos de baixa temperatura sinterizada

Composição química

De acordo com a composição química, ela pode ser dividida em PZT, BZT, PSN e outros tipos.

O titanato de zircônio de chumbo (PZT) é um dos materiais cerâmicos piezoelétricos sinterizados mais comuns de baixa temperatura, que possuem alto coeficiente piezoelétrico e boa estabilidade. O titanato de zirconato de chumbo de bário (BZT) e o titanato de estrôncio de chumbo (PSN) também são amplamente utilizados em dispositivos piezoelétricos.

Estrutura cristalina e composição de fase

De acordo com a estrutura cristalina e a composição da fase, ela pode ser dividida em tipo monofásico e tipo multifásico.

Os materiais monofásicos referem-se a materiais de cerâmica que contêm apenas uma estrutura cristalina, como materiais PZT puros. O material multifásico inclui duas ou mais estruturas cristalinas, como o material PZT-BT (bismuth bário titanato).

Método de preparação

De acordo com o método de preparação, ele pode ser dividido em método de reação de fase sólida, método sol-gel, método de síntese hidrotérmica e assim por diante.

O método de reação de estado sólido é um método de preparação tradicional, que geralmente requer sinterização de alta temperatura para obter um produto perfeito. O método sol-gel é um método de preparação emergente, que pode completar o processo de sinterização a uma temperatura relativamente baixa. A síntese hidrotérmica é um método comumente usado para preparar materiais heterogêneos.

Materiais cerâmicos piezoelétricos de baixa temperatura em comparação com materiais tradicionais

Comparado com os tradicionais materiais de cerâmica piezoelétrica sinterizada de alta temperatura, os materiais cerâmicos piezoelétricos sinterizados de baixa temperatura têm as seguintes vantagens:

Sintarração de baixa temperatura: Os materiais cerâmicos piezoelétricos de alta temperatura de alta temperatura requerem um processo de sinterização a longo prazo a alta temperatura, o que leva facilmente a problemas como retração e deformação do material. O material cerâmico piezoelétrico sinterizado de baixa temperatura pode completar o processo de sinterização a uma temperatura relativamente baixa (geralmente abaixo de 1000 ° C), evitando assim os problemas acima mencionados.

Economia de energia e proteção ambiental: O processo de preparação dos materiais de cerâmica piezoelétrica sinterizada de alta temperatura consome muita energia e recursos, e alguns gases nocivos serão gerados durante o processo de sinterização. O processo de preparação de materiais cerâmicos piezoelétricos sinterizados de baixa temperatura é mais economizada em energia e é amigável ao meio ambiente.

A preparação de materiais multifásicos é simples: a preparação de materiais multifásicos por materiais de cerâmica piezoelétrica de alta temperatura de alta temperatura requer controle preciso da temperatura e fluxo de processo complexo. Os materiais cerâmicos piezoelétricos sinterizados de baixa temperatura podem ser preparados por um método simples de materiais multifásicos.

Desempenho estável: o desempenho dos materiais cerâmicos piezoelétricos sinterizados de baixa temperatura é mais estável e não é facilmente afetado por ambientes externos, como temperatura e atmosfera, para que possa ser usado em uma ampla gama de aplicações.

No entanto, os materiais cerâmicos piezoelétricos sinterizados de baixa temperatura também têm desvantagens:

Propriedades físicas relativamente fracas: comparadas com materiais cerâmicos piezoelétricos sinterizados de alta temperatura, as propriedades físicas dos materiais cerâmicos piezoelétricos sinterizados de baixa temperatura podem ser um pouco piores, o que pode limitar seu uso em certos campos de aplicação.

O processo de sinterização de baixa temperatura ainda precisa ser aperfeiçoado: como o processo de preparação dos materiais cerâmicos pinteétricos sinterizados de baixa temperatura é relativamente novo, ele precisa ser melhorado e aperfeiçoado para melhorar a qualidade e a estabilidade do produto.

Aplicações de materiais cerâmicos piezoelétricos de baixa temperatura sinterizada

Sensores de vibração: Os materiais cerâmicos piezoelétricos sinterizados de baixa temperatura podem ser usados ​​para fabricar sensores de vibração, como sensores de vibração para compressores automotivos de ar condicionado, que podem medir dados como frequência e intensidade de vibração.

Sensores acústicos: Os materiais cerâmicos piezoelétricos sinterizados de baixa temperatura podem ser usados ​​para fabricar sensores acústicos, como detectores ultrassônicos e medidores de fluxo, que podem ser usados ​​para monitorar a velocidade e o fluxo de água e fluxo de ar.

Sensor de pressão: Os materiais cerâmicos piezoelétricos sinterizados de baixa temperatura podem ser usados ​​para fabricar sensores de pressão, como em equipamentos médicos, controle de produção industrial e outros campos, que podem medir a pressão em tempo real.

Sistemas micro-eletromecânicos (MEMS): Os materiais cerâmicos piezoelétricos sinterizados de baixa temperatura podem ser usados ​​para fabricar sistemas micro-eletromecânicos (MEMS), como acelerômetros, giroscópios, etc. Esses dispositivos são amplamente utilizados em smartphones, sistemas de navegação por carro e mais.

Transdutores ultrassônicos: Os materiais cerâmicos piezoelétricos sinterizados de baixa temperatura podem ser usados ​​para fabricar transdutores ultrassônicos, como equipamentos de imagem e limpadores de imagem médica. Esses dispositivos podem converter energia elétrica em energia mecânica e ondas sonoras e permitir a detecção e processamento de substâncias.