Piezokeramik (engelsk ferroelektrisk keramik) er et kunstigt materiale med piezoelektriske og ferroelektriske egenskaber, med en polykrystallinsk struktur.
Piezokeramik hører ikke til de klassiske keramiktyper, da de ikke indeholder lermateriale. Piezokeramiske materialer er syntetiseret af metaloxider. Men brugen af en teknik, der er karakteristisk for keramisk teknologi - brænding ved høj temperatur - retfærdiggør tildelingen af piezokeramiske materialer til den keramiske familie. "Piezo" (fra det græske "piezo" - at trykke) indikerer, at denne type keramik har en særlig egenskab - den piezoelektriske effekt.
Sammenlignet med enkeltkrystal piezoelektrik er piezokeramik kendetegnet ved deres fremstillingsevne, lave omkostninger og udtalte piezoelektriske og dielektriske egenskaber. Det er muligt at fremstille produkter af enhver form fra piezokeramik - plader, skiver, cylindre, rør, kugler osv., som er ekstremt vanskelige eller umulige at fremstille af enkeltkrystaller. Piezokeramik bruges i vid udstrækning til at skabe accelerations- og tryksensorer, stødbølgepiezometre, kraftige ultralyds- og stødbølgeemittere, piezotransformere, piezoresonansfiltre og forsinkelseslinjer. Piezokeramik er modstandsdygtig over for fugt, mekanisk belastning og atmosfæriske påvirkninger.
Med hensyn til fysiske egenskaber er et piezokeramik et polykrystallinsk ferroelektrisk materiale, som er en kemisk forbindelse eller en fast opløsning (pulver) af korn (krystallitter). Krystallitstørrelser er normalt fra 2 til 100 µm . Hver krystallit er en ferroelektrisk krystal . Piezokeramik har alle de egenskaber, der er iboende i krystallinsk ferroelektrik. Med hensyn til kemisk sammensætning er piezokeramik et komplekst oxid, som normalt inkluderer divalente bly- eller bariumioner , såvel som tetravalente titanium- eller zirconiumioner . Ved at ændre forholdet mellem udgangsmaterialerne og indføre forskellige additiver syntetiseres piezokeramiske sammensætninger, der har visse elektrofysiske og piezoelektriske egenskaber. De fleste sammensætninger af piezokeramik er baseret på kemiske forbindelser med en perovskit -type krystalstruktur med formlen ABO 3 (for eksempel ВаТiO 3 , РbTiO 3 , LiNbO 3 ) og forskellige faste opløsninger baseret på dem (for eksempel systemer ВаТiO 3 - СаТiO 3 ; ВаТiO3 - СаТiO3 - CoCO3 ; NaNbO3 - KNbO3 ) . Særligt udbredt som piezoelektrik er sammensætningerne af blyzirkonat-titanat- systemet (PZT eller PZT) PbTiO 3 - PbZrO 3 ( "Piezokeramik" i den universelle encyklopædi af Cyril og Methodius ).
Grundlaget for de fleste moderne piezokeramiske materialer er faste opløsninger af titanat - blyzirkonat (PZT, PZT), modificeret med forskellige komponenter og tilsætningsstoffer. Piezokeramiske materialer fremstilles også baseret på bariumtitanat (TB), blytitanat (TS), blymetaniobat (MNS), vismuttitanat (TV) osv.
For første gang blev et piezokeramisk materiale syntetiseret i 1944 af den sovjetiske videnskabsmand B. M. Vul , som opdagede de ferroelektriske egenskaber af bariumtitanat ВаТiO 3 . Næsten samtidigt blev disse egenskaber ved bariumtitanat opdaget af amerikanske og japanske forskere.
Følgende kvaliteter af piezokeramik er blevet udviklet og produceret i Rusland:
I den indledende tilstand er polariseringen af piezokeramiske elementer nul, da hver krystallit er opdelt i domæner og har en tilfældig retning af den krystallografiske akse. Når der påføres et eksternt elektrisk felt , der overstiger en vis værdi, kaldet tvangsfeltet, er krystallitternes polarisationsretninger på linje i retningen så tæt som muligt på retningen af det polariserende felt. Polariseret piezokeramik har udtalte piezoelektriske egenskaber.
Udenlandske producenter, afhængigt af de piezoelektriske egenskaber, opdeler det i ferro-hårdt og ferro-blødt. I indenlandsk praksis er der en yderligere opdeling - keramik med medium ferrostivhed. Meget stabile materialer med høj temperatur osv. er også isoleret.
Værdien af det piezoelektriske modul d33 når flere hundrede pC/N. Piezokeramik er kendetegnet ved høje værdier af relativ permittivitet .
Kvaliteten af piezokeramik er kendetegnet ved følgende hovedparametre, der accepteres i udlandet:
K T 33 (e T 33 /e 0 ) - relativ permittivitet;
tg d er det dielektriske tabs tangent ved en frekvens på 1 kHz i svage felter;
T c (T k ) er temperaturen af Curie-punktet ;
K p K 33 K 31 K 15 - elektromekaniske koblingskoefficienter;
d 33 -d 31 d 15 - piezoelektriske moduler;
g 33 g 31 g 15 - elektriske spændingskoefficienter;
Y E 11 Y E 33 - Youngs moduler ;
N L N T N R er frekvenskonstanter;
S E 11 S E 33 - elasticitetsparameter;
r er tætheden;
Q m - mekanisk kvalitetsfaktor.