¿Cuál es el principio de funcionamiento de la cerámica piezoeléctrica ultrasónica?
El principio de la lámina de cerámica piezoeléctrica: cuando se aplica presión o tensión a la lámina de cerámica, se generan cargas de polaridades opuestas en ambos extremos de la lámina de cerámica y se genera corriente a través del circuito. Este efecto se llama efecto piezoeléctrico. Si se introduce en el agua un transductor fabricado con esta cerámica piezoeléctrica, bajo la acción de ondas sonoras, se inducirán cargas en ambos extremos del transductor, que son receptores de ondas sonoras. Además, el efecto piezoeléctrico es reversible. Si se aplica un campo eléctrico alterno a la hoja de cerámica piezoeléctrica, la hoja de cerámica se vuelve más delgada y más gruesa de vez en cuando, vibrando y emitiendo ondas sonoras. Por lo tanto, se resuelve el problema del transmisor ultrasónico.
Hay dos materiales para transductores cerámicos piezoeléctricos: metales magnetoestrictivos y cerámicas piezoeléctricas. El propósito de este artículo es diseñar transductores para mecanizado ultrasónico mecánico de alta potencia, por lo que solo se tratarán los transductores cerámicos piezoeléctricos. Como red de transmisión de energía, el transductor cerámico piezoeléctrico tiene el problema de la eficiencia de conversión de energía. La eficiencia de conversión está relacionada con la selección del material del transductor, la forma de vibración, la estructura del sistema de vibración mecánica (incluido el mecanismo de soporte) y la frecuencia de operación. Por lo tanto, en el diseño de transductores ultrasónicos, se deben considerar varios factores, como la impedancia acústica, la respuesta de frecuencia, la adaptación de impedancia, la estructura acústica, los modos de vibración y los materiales de conversión, y cómo diseñar y coordinar estos factores para que la conversión electroacústica puede alcanzar el mejor valor.
El transductor cerámico piezoeléctrico es un material cerámico electrónico con propiedades piezoeléctricas. La principal diferencia con un cristal de cuarzo piezoeléctrico típico sin componentes ferroeléctricos es que las fases del cristal que componen sus componentes principales son todos granos de cristal ferroeléctrico. Debido a que las cerámicas son agregados policristalinos con granos orientados al azar, el vector de polarización espontánea de cada grano ferroeléctrico también está desorientado. Para que la cerámica muestre propiedades piezoeléctricas macroscópicas, la cerámica piezoeléctrica debe polarizarse en un fuerte campo eléctrico de CC después de la cocción, y la cara del extremo está sujeta a múltiples electrodos, de modo que el vector de polarización de la orientación desordenada original esté preferentemente orientado en la dirección del campo eléctrico, y después de que se elimine el campo eléctrico, las cerámicas piezoeléctricas después del tratamiento de polarización mantendrán una cierta polarización residual macroscópica, de modo que las cerámicas tengan una cierta presión.