Oxidkeramer - Piezokeramer

Keramer som elektromekanisk transtuktor

Piezokeramer används för att omvandla mekaniska parametrar, t.ex. tryck eller acceleration till elektriska parametrer, eller omvänt, för att omvandla elektriska signaler till mekanisk rörelse eller vibration.

Piezokeramiska material kategoriseras som funktionella keramer. I sensorer möjliggör de omvandling av krafter, tryck och accelerationer till elektriska signaler och i ljud- och ultraljudsomvandlare och manöverorgan omvandlar de elektriska spänningar till vibrationer eller deformationer. Piezokeramiska material klassificeras dels enligt sin kemiska sammansättning, dels enligt de specifika tillämpningsförhållandena. CeramTec skiljer mellan följande materialkategorier:

  • Material för energiomvandlare (ultraljud)
  • Material för sensorer (ultraljudssändare och mottagare)
  • Material för manöverorgan (precisionspositionering eller injektionssystem)
  • Material för speciella tillämpningar

Förbindelse med metalliserade piezokeramer kan åstadkommas med hjälp av konduktiva bindemedel, konduktiva gummi, fjäderkontakter eller via lödning.

Värt att veta:

Ett urval av piezokeramiska egenskaper

  Energiomvandlare Sensorer Manöverorgan
Dielektricitetskonstant ε33 τ/ε0 1,000 – 1,300 1,500 – 1,850 1,800 – 3,800
Förlustfaktor tan δ 2x10-3
3x10-3
12x10-3
20x10-3
15x10-3
16x10-3
Frekvenskonstant NP,
KHz mm
2,210 – 2,280 2,020 – 2,050 1,960 – 2,010
Kopplingskoefficient kP 0,55 – 0,57 0,59 – 0,62 0,65
Laddningskonstant d33,
10-12 C/N
240 – 310 390 – 450 475 – 680
Spänningskonstant g33,
10-3 Vm/N
26,9 – 27,1 26,9 – 33,1 20,2 – 28,5
Elastisk komplians S11ε,
10-12 m2/N
11,4 – 14,9 16,3 – 18,5 15,8 – 17,9
Elastisk styvhet C33D,
1010N/m2
15,9 – 16,2 14,5 – 15,8 14,7 – 15,2
Densitet g/cm2 7,65 – 7,70 7,65 – 7,80 7,70 – 7,83
Kvalitet Qm 500 – 1,000 60 – 90 75 – 80
Åldringshastighet Cε, % -4,5 to -3,0 -2,3 to -0,3 - 1,6 to -0,8

Piezokeramer har ett brett spektrum av användningsområden. Inom bilindustrin används piezokeramer i en mängd tillämpningar, t.ex. stöt- och oljenivåsensorer eller som manöverorgan för exakt kontroll av insprutningsprocesser. Inom medicinsk teknik hittar man piezokeramiska komponenter i litotripter, utrustning för att ta bort plack och i inhalatorer. Vanliga användningsområden inom maskinteknik innefattar ultraljudsrengöring, ultraljudssvetsning och aktiv vibrationsdämpning. Nålmikrofoner för musikinstrument eller piezoelektriska gaständare är exempel på hur piezoelektrisk teknik används i konsumentvaror.