Piesoelektrilise keraamika tööstuslikud rakendused
Piesoelektriline keraamika on uued kõrgtehnoloogilised anorgaanilised mittemetallist funktsionaalsed materjalid. Materjalide ja protsesside pideva põhjaliku uurimise ja täiustamisega muutub piesoelektrilise keraamika tehnoloogia rakendamine üha ulatuslikumaks. Piesoelektrilisi materjale on laialdaselt kasutatud andurite, täiturmehhanismide, andurite, mittepurustavate katsete ja sidetehnoloogia valdkonnas mehaaniliste, elektriliste, heli-, valgus- ja soojustundlike materjalidena. Kõrgtehnoloogia arenguga muutub piesoelektrilise keraamika kasutusala üha laiemaks.
Alusmaterjal on toote toimivuse määramisel võtmetegur. Praegu on ülemaailmse tööstuse tunnustatud uurimis- ja arendussuunad kõrge temperatuurikindluse, kõrge rõhukindluse, kõrge tundlikkuse ja väikese kaoga piesoelektrilised keraamilised materjalid. Kuigi pliivabade piesoelektriliste keraamiliste materjalide kohta on tehtud palju uuringuid, pole need veel praktilise tasemeni jõudnud. tasemel ja ei saa lühiajaliselt asendada olemasolevat pliid sisaldavat piesoelektrilist keraamikat.
Mobiilse interneti ajastu tulek ning nõudluse tekkimine väikeste ja üliõhukeste lõppseadmete, kõrge töökindluse ja väikese energiatarbimise järele on andnud hea võimaluse piesoelektriliste keraamiliste toodete rakendamiseks ja arendamiseks. Eriti lamineeritud toodetest saab valmistada piesoelektrilisi vastuvõtjaid, kõlari kõlareid, mobiiltelefoni tagakesta helisüsteeme, ekraani vibratsioonihelisüsteeme, MEMS-mikrofone, piesoelektrilisi kõrgsageduskompensatsioonimuundureid jne. Traditsioonilised tooted on mobiilsideterminalide jaoks parim valik. Õhemad tooted on tuleviku trend.
Piesoelektrilisi keraamilisi seadmeid ei kasutata laialdaselt mitte ainult tööstus- ja tsiviiltoodetes, vaid neil on palju rakendusi ka sõjaväes. Näiteks piesoelektrilisest keraamikast tehakse veealuseid akustilisi muundureid, mida saab kasutada säravate "silmade" paarina tuumaallveelaevadele, millega saab sujuvalt läbi viia veealust navigeerimist, sidet, vaenlase laevade luuret ja vaenlase miinide puhastamist. Piesoelektrilised süütenöörid võivad täpselt süüdata ja plahvatada soomust läbistavaid pomme ja muid surmavaid relvi; piesoelektrilised mikronihkeajamid on täppispositsioneerimissüsteemide asendamatu võtmekomponent; Piesoelektrilisest keraamikast valmistatud piesoelektrilised güroskoobid on kosmosetööstuses asendamatud. Kadunud "tüürimees" ja nii edasi.
Piesoelektrilist keraamikat kasutatakse paljudes rakendustes. Mõned peamised rakendused on loetletud allpool:
(1) Elektroakustiline andur
Elektroakustilisi muundureid kasutatakse peamiselt erinevates häiretes, luu juhtivusmikrofonides, vastuvõtjates, piesoelektrilistes kõlarites jne.
Alarmi saab kasutada igasuguste kodumasinate signalisatsioonide, suitsuandurite, autode sissemurdmishäirete, tulekaitse, isikliku turvasignalisatsioonide jms jaoks. Luujuhtivusmikrofon muudab kõrva luude vibratsiooni häälsignaali elektrilisteks signaalideks, nii et et muuta häälsignaal elektrisignaaliks. Uue põlvkonna müravastased saatjad edastatakse vastuvõtvasse otsa, sellised Bluetooth-peakomplektid on praegu saadaval Jaapanis; piesoelektrilistel vastuvõtjatel ja kõlaritel on üliõhukesed ja madala energiatarbega omadused.
Üldhäiretes kasutatavad elektroakustilised muundurid ei ole veel tooteid asendanud ja neil on endiselt suur turg, samas kui erikeskkondades kasutatavate kõrge helirõhu häirete korral on häirete arv suurem; Energiatarbimise arenguga muutuvad piesoelektrilised vastuvõtjad ja kõlarid kaasaskantavate terminalide jaoks parimateks valikuteks ning neil on head turuväljavaated.
(2) Ultraheli andur
Ultraheli muundurid sobivad ultrahelimootoriteks, ultraheli pihustamiseks, kajaloodiks, ultraheli puhastamiseks, ultraheli keevitamiseks, ultraheli ilu, ultraheli töötlemiseks, ultraheli aretamiseks, telemeetriaks ja kaugjuhtimiseks, liikluse jälgimiseks, kauguse määramiseks, lekete tuvastamiseks, voolu ja soojuse tuvastamiseks, robotkujutiseks Teabe kogumiseks , jne.
Praegu ei ole ultraheliandurite jaoks alternatiivseid tooteid ja selle rakendusturg areneb pidevalt. Eelkõige rakendab põhjaküte mõõtmist ja laadimist, nii et soojusanduril on suur turg.
(3) Veealune akustiline andur
Merelahingutes on kõige keerulisem toime tulla allveelaevadega, mis võivad pikaks ajaks merre uppuda ning rünnata endale teadmata sadamaid ja laevu, tekitades vaenlasele suurt peavalu. Kuidas leida vaenlase allveelaevu? Te ei saa loota oma silmadele ega kasutada ka radarit, sest elektromagnetlained nõrgenevad merevees järsult ega suuda signaale tõhusalt edastada. Allveelaevade tuvastamine põhineb hüdrolokaatoritel - veealustel kõrvadel. Piesoelektriline keraamika on materjal sonari valmistamiseks. See kiirgab ultrahelilaineid, mis allveelaevadega kokku puutudes peegelduvad tagasi. Pärast vastuvõtmist ja töötlemist saab mõõta vaenlase allveelaevade asimuuti ja kaugust. See on riigikaitsetehnoloogia asendamatu rakendus ja selle arendamine seisneb saatevõimsuse suurendamises ja vastuvõtutundlikkuse parandamises, nii et tuvastamiskaugust saab täielikult parandada.
(4) Piesoelektriline vibratsioonisummutussüsteem
Piesoelektrilised vibratsiooni vähendamise süsteemid võib jagada passiivseks vibratsiooni vähendamiseks ja aktiivseks vibratsiooni vähendamiseks. Passiivne vibratsiooni vähendamine on takistuskile kihi valmistamine piesoelektrilise keraamika pinnale, piesoelektriline keraamika muudab vibratsiooni või müra elektrienergiaks, vool muudetakse läbi takistuskile soojusenergiaks ja soojusenergia eksporditakse läbi soojusjuhi mängida vibratsiooni vähendamise ja müra vähendamise rolli; Aktiivne vibratsiooni vähendamine on piesoelektrilise keraamika ühendamine vähendatava vibratsiooniga objektil, selle vibratsiooni lainekuju teisendamine vastavaks pingesignaaliks ja vibratsioonielemendiga ühendatud muunduri faasi reguleerimise ja võimendamise kaudu vastupidine vibratsioon, vähendades seeläbi vibratsiooni, et saavutada vibratsioon. Vibratsiooni vähendamise eesmärk. Seda tüüpi rakendusi ei ole praegu palju ja enamik neist on alles katsejärgus, näiteks arvutimüra ja vibratsiooni vähendamise süsteemid, mida nõuavad mõned sõjalised seadmed jne, ning neil on head turuväljavaated.
(5) Piesoelektriline ajam
Piesoelektrilised keraamilised täiturelemendid jagunevad monoliitseks külglaiendustüübiks, painutustüübiks, paksusega lamineeritud tüübiks, külgmiselt lamineeritud tüübiks, torutüübiks, taldrikutüübiks jne. Neid kasutatakse laialdaselt kosmosetööstuses, ühisanumpihustites, kiiretes intelligentsetes ventiilides, nanomeetri positsioneerimises. , mikrotöötlus, lasergüroskoop mikronihke kompensatsioonisüsteem, deformeeritava peegli deformatsioonikontroll, kõvakettaseade (magnetpea positsioneerimine), optiline instrument (optilise telje reguleerimine, fookuse reguleerimine), piesoelektriline pump, kudumisžakaarsüsteem, ruloolugeja jne. Piesoelektriline täiturmehhanismid on tehniliselt keerulised ja praegu saavad seda teha vaid vähesed ettevõtted maailmas. Hiina algus on aeglane. Praegu on arvuti žakaarkudumismasinad rakendanud piesoelektrilisi ajamid suurtes kogustes. , Pante Electric Ceramicsist on saanud üks tootjaid, kes suudab toota kõiki piesoelektrilisi ajamid, ning kodumaised rakendused on järk-järgult kujunemas ning tulevikus loodetakse moodustada suurem turg.
(6) Piesoelektrilise energia kogumine
Piesoelektrilised tekid (Jaapan on kasutanud piesoelektrilisi tekke metrooviitade toiteks), piesoelektrilised jalanõud (asetage jalatsitaldadele piesoelektrilised energia kogumise seadmed, mis tekitavad kõndimisel elektrit, mida saab kasutada aku laadimiseks ja jalatsi keha soojendamiseks jne), Lihaste jõu genereerimine (kehasse implanteeritud elektroonikaseadmete toiteallikas), hübriid- ja täiselektrisõidukite vibratsioonienergia kogumine (mis võib mitte ainult parandada vibratsiooni vähendamise efekti, vaid pikendada ka energiasäästu, suunates kogutud elektrienergia akusse) , ookeanilainete elektritootmine jne Piesoelektrilist keraamilist energiakombaini kasutatakse bioelektrooniliste seadmete püsiva toiteallikana. Sellest projektist on teatatud ja kodumaised teadusasutused on asunud seda uurima, mis päästab implanteeritud elektriseadmetega patsiendid patareide vahetamise valust; autode vibratsioonienergia taaskasutamine on ka sellest saab täiselektriliste ja hübriidsõidukite asendamatu osa; minu riigil on pikk rannajoon ning laineenergia tootmisest saab ka kõige puhtam ja odavam uus energiaallikas.
(7) Piesoelektriline sagedusseade
Sagedussignaalide genereerimiseks ja töötlemiseks kasutatakse piesoelektrilise keraamika resonantskarakteristikutest valmistatud resonaatoreid, filtreid, lõkse jne. Tavaliselt kasutatavad sagedustöötlusseadmed, nagu filtrid, vähenevad kiiresti, seega on selle turg kiiresti kahanev.
(8) Piesoelektriline trafo
Piesoelektrilisi trafosid kasutatakse peamiselt väikese voolu kõrgepinge toiteallikate jaoks. Algse uurimis- ja arendustegevuse peamiseks rakendusobjektiks oli vedelkristallkuvarite, näiteks sülearvutite taustvalgustusega toiteallikas, kuid nüüdseks on enamus neist kasutanud LED-taustvalgustust ning ei vaja enam kõrgepinge- ja nõrkvoolutoiteallikaid, seega nüüd ainult kasutatakse mõningaid väikeseid elektrinuppe ja negatiivsete ioonide generaatoreid. suur rakendusturg.
(9) Piesoelektrilise detonatsiooniga süüteelement
Tankitõrjuja tulistatud soomust läbistav mürsk plahvataks tankiga kokkupuutel koheselt, purustades tanki. Põhjus on selles, et lõhkepea on varustatud piesoelektrilise keraamikaga, mis suudab kokkupõrkel tugeva mehaanilise jõu muuta hetkeliseks kõrgeks pingeks ja lõhkeaine plahvatamiseks plahvatada sädeme. Nüüd valmistatakse piesoelektrilisest keraamikast ka gaasipliite ja tulemasinaid. Kuni vajutate süütenuppu sõrmega, võib tulemasinal olev piesoelektriline keraamika tekitada kõrget pinget, tekitada elektrisädemeid ja süüdata gaasi ning seda saab kasutada pikka aega. Seetõttu pole piesoelektrilised tulemasinad mitte ainult lihtsasti kasutatavad, ohutud ja töökindlad, vaid neil on ka pikk kasutusiga. Näiteks pliititanaadi piesoelektrilisest keraamikast valmistatud tulemasinat saab kasutada rohkem kui 1 miljon korda. Praegu ei ole paremat alternatiivset toodet süütekomponentide detoneerimiseks ja rakenduste turg kasvab pidevalt.
