A piezokerámia (angolul ferroelectric ceramic) piezoelektromos és ferroelektromos tulajdonságokkal rendelkező, polikristályos szerkezetű mesterséges anyag .
A piezokerámia nem tartozik a klasszikus kerámiatípusok közé, mivel nem tartalmaznak agyaganyagot. A piezokerámia anyagokat fém-oxidokból szintetizálják. A kerámiatechnológiára jellemző technika - a magas hőmérsékleten történő kiégetés - alkalmazása azonban indokolja a piezokerámia anyagok kerámiacsaládba sorolását. A "piezo" (a görög "piezo" szóból - nyomni) azt jelzi, hogy az ilyen típusú kerámiáknak van egy különleges tulajdonsága - a piezoelektromos hatás.
Az egykristályos piezoelektromos anyagokkal összehasonlítva a piezokerámiákat gyárthatóságuk, alacsony költségük, valamint kifejezett piezoelektromos és dielektromos tulajdonságaik különböztetik meg. Piezokerámiából bármilyen alakú termék - lemez, korong, henger, tubus, gömb stb. - gyártható, amelyeket rendkívül nehéz vagy lehetetlen egykristályból előállítani. A piezokerámiát széles körben használják gyorsulás- és nyomásérzékelők, lökéshullám-piezométerek, erős ultrahang- és lökéshullám-sugárzók, piezotranszformátorok, piezorezonáns szűrők és késleltetési vonalak létrehozására. A piezokerámiák ellenállnak a nedvességnek, a mechanikai igénybevételnek és a légköri hatásoknak.
Fizikai tulajdonságait tekintve a piezokerámia polikristályos ferroelektromos anyag, amely szemcsék (kristályok) kémiai vegyülete vagy szilárd oldata (por). A kristályok mérete általában 2-100 µm . Mindegyik krisztallit ferroelektromos kristály . A piezokerámiák a kristályos ferroelektromos anyagokban rejlő összes tulajdonsággal rendelkeznek. Kémiai összetételét tekintve a piezokerámiák összetett oxidok, amelyek általában kétértékű ólom- vagy báriumionokat , valamint négy vegyértékű titán- vagy cirkóniumionokat tartalmaznak . A kiindulási anyagok arányának változtatásával és különféle adalékanyagok hozzáadásával olyan piezokerámia kompozíciókat állítanak elő, amelyek bizonyos elektrofizikai és piezoelektromos jellemzőkkel rendelkeznek. A legtöbb piezokerámia összetétele perovszkit típusú kristályszerkezetű ABO 3 kémiai vegyületeken (például ВаТiO 3 , РbTiO 3 , LiNbO 3 ) és ezeken alapuló különféle szilárd oldatokon (például ВаТiO 3 - СаТiO rendszereken) alapul. 3 ; ВаТiO 3 - СаТiO 3 - CoCO 3 ; NaNbO 3 - KNbO 3 ). Piezoelektromos anyagként különösen széles körben használják az ólom-cirkonát-titanát rendszer (PZT vagy PZT) PbTiO 3 - PbZrO 3 összetételét ( Cyril és Methodius univerzális enciklopédiájában " Piezoceramics" ).
A legtöbb modern piezokerámia anyag alapja a titanát - ólom-cirkonát (PZT, PZT) szilárd oldata, amelyet különféle összetevőkkel és adalékokkal módosítottak. Piezokerámia anyagokat is gyártanak bárium-titanát (TB), ólom-titanát (TS), ólom-metaniobát (MNS), bizmut-titanát (TV) stb.
Először 1944-ben állított elő piezokerámia anyagot B. M. Vul szovjet tudós, aki felfedezte a ВаТiO 3 bárium-titanát ferroelektromos tulajdonságait . A bárium-titanát ezen tulajdonságait szinte egyidejűleg fedezték fel amerikai és japán kutatók.
A következő piezokerámiákat fejlesztették ki és gyártották Oroszországban:
Kiindulási állapotban a piezokerámia elemek polarizációja nulla, mivel minden krisztallit doménekre van osztva, és a krisztallográfiai tengely véletlenszerű iránya van. Ha egy külső elektromos mezőt alkalmazunk , amely meghaladja egy bizonyos értéket, amelyet koercitív mezőnek nevezünk, akkor a krisztallitok polarizációs irányai a polarizációs tér irányához lehető legközelebb esnek. A polarizált piezokerámiák kifejezett piezoelektromos tulajdonságokkal rendelkeznek.
A külföldi gyártók a piezoelektromos tulajdonságoktól függően ferro-keményre és ferro-lágyra osztják. A hazai gyakorlatban van egy további felosztás - közepes ferro-merevségű kerámia. A rendkívül stabil, magas hőmérsékletű stb. anyagokat is elkülönítik.
A d33 piezoelektromos modulus értéke eléri a több száz pC/N értéket. A piezokerámiákat magas relatív permittivitás jellemzi .
A piezokerámia minőségét a következő főbb külföldön elfogadott paraméterek jellemzik:
K T 33 (e T 33 /e 0 ) - relatív permittivitás;
tg d a dielektromos veszteség érintője 1 kHz-es frekvencián gyenge mezőben;
T c (T k ) a Curie-pont hőmérséklete ;
K p K 33 K 31 K 15 - elektromechanikus csatolási együtthatók;
d 33 -d 31 d 15 - piezoelektromos modulok;
g 33 g 31 g 15 - elektromos feszültség együtthatók;
Y E 11 Y E 33 - Young moduljai ;
N L N T N R frekvenciaállandók;
S E 11 S E 33 - rugalmassági paraméter;
r a sűrűség;
Q m - mechanikai minőségi tényező.