Aplicaciones industriales de la cerámica piezoeléctrica
Las cerámicas piezoeléctricas son nuevos materiales funcionales no metálicos inorgánicos de alta tecnología. Con la continua investigación en profundidad y la mejora de materiales y procesos, la aplicación de la tecnología de cerámica piezoeléctrica es cada vez más extensa. Los materiales piezoeléctricos se han utilizado ampliamente en los campos de sensores, actuadores, transductores, pruebas no destructivas y tecnología de comunicación como materiales mecánicos, eléctricos, de sonido, luz y calor. Con el desarrollo de la alta tecnología, la aplicación de la cerámica piezoeléctrica será cada vez más amplia.
El material base es un factor clave para determinar el rendimiento del producto. En la actualidad, los materiales cerámicos piezoeléctricos con resistencia a altas temperaturas, alta resistencia a la presión, alta sensibilidad y baja pérdida son las direcciones reconocidas de investigación y desarrollo de la industria mundial. Aunque hay muchas investigaciones sobre materiales cerámicos piezoeléctricos sin plomo, aún no han alcanzado el nivel práctico. nivel, y no puede reemplazar las cerámicas piezoeléctricas que contienen plomo existentes en el corto plazo.
El advenimiento de la era de Internet móvil y el surgimiento de la demanda de equipos terminales pequeños y ultradelgados, de alta confiabilidad y bajo consumo de energía han brindado una buena oportunidad para la aplicación y desarrollo de productos cerámicos piezoeléctricos. Especialmente los productos laminados se pueden convertir en receptores piezoeléctricos, parlantes, sistemas de sonido de carcasa trasera de teléfono móvil, sistemas de sonido de vibración de pantalla, micrófonos MEMS, transductores piezoeléctricos de compensación de alta frecuencia, etc. Los productos tradicionales son la mejor opción para terminales de comunicación móvil. Los productos más delgados son la tendencia del futuro.
Los dispositivos cerámicos piezoeléctricos no solo se utilizan ampliamente en productos industriales y civiles, sino que también tienen una gran cantidad de aplicaciones en el ejército. Por ejemplo, las cerámicas piezoeléctricas se convierten en transductores acústicos submarinos, que se pueden usar como un par de "ojos" brillantes para submarinos nucleares, que pueden llevar a cabo sin problemas la navegación submarina, la comunicación, el reconocimiento de barcos enemigos y la limpieza de minas enemigas. Las espoletas piezoeléctricas pueden encender y detonar con precisión bombas perforantes y otras armas letales; Los actuadores piezoeléctricos de microdesplazamiento son un componente clave indispensable en los sistemas de posicionamiento de precisión; Los giroscopios piezoeléctricos hechos de cerámica piezoeléctrica son indispensables en la industria aeroespacial. El "timonel" que falta y así sucesivamente.
Las cerámicas piezoeléctricas se utilizan en una amplia gama de aplicaciones. Algunas de las principales aplicaciones se enumeran a continuación:
(1) Transductor electroacústico
Los transductores electroacústicos se utilizan principalmente en diversas alarmas, micrófonos de conducción ósea, receptores, altavoces piezoeléctricos, etc.
La alarma se puede utilizar para todo tipo de alarmas de electrodomésticos, alarmas de humo, alarmas antirrobo de automóviles, protección contra incendios, alarmas de seguridad personal, etc. El micrófono de conducción ósea convierte la señal de voz de la vibración de los huesos del oído en señales eléctricas, de modo que para convertir la señal de voz en una señal eléctrica. Una nueva generación de transmisores antirruido transmitidos al extremo receptor, tales auriculares Bluetooth están actualmente disponibles en Japón; Los receptores y altavoces piezoeléctricos tienen las características de consumo de energía ultradelgado y bajo.
Los transductores electroacústicos utilizados en alarmas generales aún no han reemplazado a los productos, y aún tienen un gran mercado, mientras que las alarmas de alta presión sonora en ambientes especiales tendrán un mayor aumento de alarmas; Con el desarrollo del consumo de energía, los receptores y parlantes piezoeléctricos se convertirán en las mejores opciones para terminales portátiles y tendrán buenas perspectivas de mercado.
(2) transductor ultrasónico
Los transductores ultrasónicos son adecuados para motores ultrasónicos, atomización ultrasónica, sonar, limpieza ultrasónica, soldadura ultrasónica, belleza ultrasónica, procesamiento ultrasónico, reproducción ultrasónica, telemetría y control remoto, monitoreo de tráfico, rango, detección de fugas, detección de flujo y calor, imágenes robóticas Recopilación de información , etc.
Actualmente no existen productos alternativos para los transductores ultrasónicos, y su mercado de aplicaciones se está desarrollando constantemente. En particular, la calefacción del norte implementará la medición y la carga, por lo que el sensor de calor tendrá un gran mercado.
(3) transductor acústico submarino
En las batallas navales, lo más difícil de tratar son los submarinos, que pueden sumergirse en el mar durante mucho tiempo y atacar puertos y barcos sin saberlo, causando grandes dolores de cabeza al enemigo. ¿Cómo encontrar submarinos enemigos? No puede confiar en sus ojos, ni puede usar un radar, porque las ondas electromagnéticas se atenuarán bruscamente en el agua de mar y no pueden transmitir señales de manera efectiva. La detección de submarinos se basa en el sonar: oídos submarinos. La cerámica piezoeléctrica es el material para hacer el sonar. Emite ondas ultrasónicas, que se reflejan cuando se encuentran con submarinos. Después de ser recibido y procesado, se puede medir el azimut y la distancia de los submarinos enemigos. Esta es una aplicación indispensable de la tecnología de defensa nacional, y su desarrollo radica en aumentar la potencia de transmisión y mejorar la sensibilidad de recepción, de modo que la distancia de detección se pueda mejorar por completo.
(4) Sistema de amortiguación de vibraciones piezoeléctrico
Los sistemas piezoeléctricos de reducción de vibraciones se pueden dividir en reducción de vibraciones pasiva y reducción de vibraciones activa. La reducción pasiva de la vibración es preparar una capa de película de resistencia en la superficie de la cerámica piezoeléctrica, la cerámica piezoeléctrica convierte la vibración o el ruido en energía eléctrica, la corriente se convierte en energía térmica a través de la película de resistencia y la energía térmica se exporta a través del conductor de calor a desempeñar el papel de reducción de vibraciones y reducción de ruido; La reducción activa de la vibración consiste en componer cerámica piezoeléctrica en el objeto para reducir la vibración, convertir su forma de onda de vibración en una señal de voltaje correspondiente y realizar una vibración inversa mediante el ajuste de fase y la amplificación del transductor acoplado al elemento vibratorio, suprimiendo así la vibración para lograr el propósito de la reducción de vibraciones. No existen muchas aplicaciones de este tipo en la actualidad, y la mayoría de ellas se encuentran todavía en fase experimental, como los sistemas informáticos de reducción de ruido y reducción de vibraciones que requieren algunos dispositivos militares, etc., y tendrán buenas perspectivas de mercado.
(5) actuador piezoeléctrico
Los elementos actuadores cerámicos piezoeléctricos se dividen en tipo de expansión lateral monolítica, tipo de flexión, tipo laminado de espesor, tipo laminado lateral, tipo de tubo, tipo de platillo, etc. Son ampliamente utilizados en la industria aeroespacial, inyectores common rail, válvulas inteligentes de alta velocidad, posicionamiento nanométrico. , micromecanizado, sistema de compensación de microdesplazamiento de giroscopio láser, control de deformación del espejo deformable, disco duro (posicionamiento del cabezal magnético), instrumento óptico (ajuste del eje óptico, ajuste del enfoque), bomba piezoeléctrica, sistema de tejido jacquard, lector ciego, etc. Piezoeléctrico Los actuadores son técnicamente difíciles y, actualmente, solo unas pocas empresas en el mundo pueden fabricarlos. China tiene un comienzo lento. En la actualidad, las máquinas de tejer jacquard por computadora han aplicado actuadores piezoeléctricos en grandes cantidades. , Pante Electric Ceramics se ha convertido en uno de los fabricantes que puede fabricar una gama completa de actuadores piezoeléctricos, y las aplicaciones domésticas están tomando forma gradualmente, y se espera que forme un mercado más grande en el futuro.
(6) Recolección de energía piezoeléctrica
Mantas piezoeléctricas (Japón ha utilizado mantas piezoeléctricas para alimentar las señales del metro), zapatos piezoeléctricos (coloque dispositivos de recolección de energía piezoeléctrica en las suelas de los zapatos para generar electricidad al caminar, que puede usarse para cargar la batería y calentar el cuerpo del zapato, etc.), Generación de energía muscular (fuente de alimentación para dispositivos electrónicos implantados en el cuerpo), recolección de energía de vibración de vehículos híbridos y completamente eléctricos (que no solo puede mejorar el efecto de reducción de vibración, sino también prolongar el ahorro de energía al alimentar la energía eléctrica recolectada en la batería) , generación de energía de olas oceánicas, etc. El recolector de energía cerámico piezoeléctrico se utiliza como fuente de energía permanente para dispositivos bioelectrónicos. Este proyecto ha sido reportado y las instituciones de investigación nacionales han comenzado a estudiarlo, lo que evitará a los pacientes con dispositivos eléctricos implantados el dolor de cambiar las baterías; la recuperación de la energía de las vibraciones de los automóviles también se convertirá en una parte indispensable de los vehículos totalmente eléctricos e híbridos; mi país tiene una costa larga, y la generación de energía de las olas también se convertirá en la nueva fuente de energía más limpia y económica.
(7) dispositivo de frecuencia piezoeléctrica
Los resonadores, filtros, trampas, etc., fabricados con las características resonantes de las cerámicas piezoeléctricas, se utilizan para la generación y procesamiento de señales de frecuencia. Los dispositivos de procesamiento de frecuencia de uso común, como los filtros, están disminuyendo rápidamente, por lo que su mercado se encuentra en una etapa de reducción rápida.
(8) Transformador piezoeléctrico
Los transformadores piezoeléctricos se utilizan principalmente para fuentes de alimentación de pequeña corriente y alto voltaje. El principal objeto de aplicación de la investigación y el desarrollo originales era la fuente de alimentación de retroiluminación de las pantallas de cristal líquido, como las computadoras portátiles, pero ahora la mayoría de ellas utilizan retroiluminación LED y ya no necesitan fuentes de alimentación de alto voltaje y baja corriente, por lo que ahora solo Se utilizan algunos pequeños bastones eléctricos y generadores de iones negativos. gran mercado de aplicaciones.
(9) Elemento de encendido por detonación piezoeléctrica
El proyectil perforante disparado por el cañón antitanque explotaría inmediatamente al entrar en contacto con el tanque, destrozándolo. Esto se debe a que la ojiva está equipada con cerámica piezoeléctrica, que puede convertir la fuerte fuerza mecánica cuando chocan en un alto voltaje instantáneo y explotar una chispa para detonar el explosivo. Ahora las estufas de gas y los encendedores también están hechos de cerámica piezoeléctrica. Siempre que presione el botón de encendido con el dedo, la cerámica piezoeléctrica del encendedor puede generar alto voltaje, formar chispas eléctricas y encender el gas, y puede usarse durante mucho tiempo. Por lo tanto, los encendedores piezoeléctricos no solo son fáciles de usar, seguros y confiables, sino que también tienen una larga vida útil. Por ejemplo, un encendedor hecho de cerámica piezoeléctrica de titanato de plomo se puede usar más de 1 millón de veces. En la actualidad, no existe un producto alternativo mejor para la detonación de componentes de ignición, y el mercado de aplicaciones crece constantemente.