Piezoseramik Teknolojisinin Temelleri

Piezoelektrik Çalışma Prensibi, Perovskit ve Polarizasyon

Piezoelektrik, belirli kristallerin doğrudan piezo etkisi denilen mekanik basınç veya gerilime maruz kalması durumunda elektrik yükü oluşturması prensibine dayalı olarak çalışır. Bu kristaller elektrik alanına maruz kaldığında ters piezo etkisi denilen bir davranış göstererek kontrollü bir deformasyona uğrar. Yükün polarizasyonu kristalin basıncın yönüne görece doğrultusuna göre değişir.

Bu süreç doğrudan piezo etkisi olarak adlandırılır. Kristallerin elektrik alanına maruz kaldığında kontrollü bir deformasyona uğraması ise ters piezo etkisi olarak adlandırılır. Yükün polarizasyonu kristalin basıncın yönüne görece doğrultusuna göre değişir.

Direkter piezoelektrischer Effekt

Doğrudan piezoelektrik etkisi

Inverser piezoelektrischer Effekt

Ters piezoelektrik etkisi

Perovskit Yapısı

Piezoelektrik özellikler sergileyen seramikler, ferroelektrik malzeme grubuna girer. Günümüzün sistemleri genelde kurşun zirkon titanat (PZT) kullanmaktadır. Bu malzemeler kurşun zirkonat (PbZrO3) ve kurşun titanat (PbTiO3) kristalleri karışımı içermektedir. Piezoseramik bileşenlerin çok kristalli yapılarında her biri basit hücre grupları içeren birden fazla kristalitler (alanlar) bulunmaktadır. Bu ferroelektrik seramiklerin basit hücreleri genel olarak A2+B4+O32- formülüyle tanımlanabilen perovskit kristal yapısına sahiptir.

Curie sıcaklığı altında spontane polarizasyon kaynaklı bozulmalar görmezden gelinmiş halde ideal perovskit yapısının şeması. Bivalan katyon küpün merkezinde yer almakta, tetravalan katyonlar ise köşeleri oluşturmaktadır. Bivalent anyonlar bu şemadaki küplerin kenarlarının merkezinde yer almaktadır. PZT (kurşun zirkonat titanat) karışım kristali için formül: A: Pb2+, B: Ti4+ / Zr4+

Polarizasyon aracılığıyla piezoelektrik özellikleri

Katılaştırma işleminin hemen sonrasında seramik gövdenin alanları (tekdüze dipol yönün basit hücrelerini içeren bölümler) ihtiyari ve istatistik olarak dağıtılmış bir yönlenme sergiler. İri ölçekli gövde izotropiktir ve piezoelektrik özellikleri sergilemez.

Polarizasyon öncesinde, sırasında ve sonrasında ferroelektrik seramikler

Bu pizeoelektrik özelliklerin “polarizasyon” kaynaklı olması gerekir. Bu süreçte seramik gövde, elektrik dipolların alanın yönüyle aynı hizaya girmesine neden olan güçlü bir elektrik DC alanına maruz kalır. Bu yönelim, DC alanın uygulanmasının kesilmesinden sonra da geniş ölçüde devam eder (kalıcı polarizasyon). Bu durum ferroelektrik seramiklerin piezoelektirk davranışlar sergilemesi için gerekli bir koşuldur.

Piezoseramik teknolojisinin temelleri, piezoseramiklerin dinamik davranışı ve piezoelektrik rezonatörlerin temel modları hakkında daha fazla bilgi için “Piezo Uygulamalarında Yüksek Performanslı Seramikler” broşürü ve “Monolitik Çok Katmalı Aktüatörler – Çalışma ve Uygulamalar” ek dokümanına bakın.

  • Piezoceramic Technology

    Advanced Ceramics in Piezo Applications

    • Diller: PDF, 2.6 MB

    • Diller: PDF, 2.5 MB

    • Diller: PDF, 5.5 MB

  • Piezoceramic Technology

    Advanced Ceramics in Piezo Applications

    • Diller: PDF, 2.6 MB

    • Diller: PDF, 2.5 MB

    • Diller: PDF, 5.5 MB

  • Piezoceramic Technology

    Advanced Ceramics in Piezo Applications

    • Diller: PDF, 2.6 MB

    • Diller: PDF, 2.5 MB

    • Diller: PDF, 5.5 MB

  • Piezoceramic Technology

    Monolithic Multilayer Actuators