Керамични елементи
Фигура 1.3 - Пиезокерамични елементи под формата на дискове. 1.плоски елементи със сребърен електрод. 2. плоски елементи с монел-метален електрод. 3. плоско-вдлъбнати елементи със сребърен електрод. 4. изпъкнали-вдлъбнати елементи с монел-метален електрод
След това керамиката се прави пиезоелектрична във всяка избрана посока на поляризация, като се поставя в силно електрическо поле при температура под така наречената точка на Кюри. Поляризацията обикновено е последният процес в производството на пиезокерамични елементи, въпреки че е последван от термична стабилизация и контрол на параметрите.
Пиезоелектричната керамика е твърд, химически инертен материал, напълно нечувствителен към влага и други атмосферни влияния. По отношение на механичните свойства той е подобен на керамичните изолатори.
В зависимост от предназначението, пиезоелектричните елементи могат да имат голямо разнообразие от конфигурации - от плоски до обемни (сфери, полукълба и др.)
1.4 Приложение на пиезокерамични елементи
Пиезокерамиката е устойчива на влага, механични натоварвания и атмосферни влияния. Всички продукти, произведени на базата на пиезокерамика, се разделят на следните основни групи: генератори, сензори (сензори), изпълнителни механизми (пиезозадвижвания), преобразуватели и комбинирани системи.
а) Пиезокерамични генератори
Те преобразуват механичното действие в електрически потенциал, използвайки директния пиезоелектричен ефект. Примери за това са искровите възпламенители от тип натиск и удар, използвани в различни видове запалки и системи за запалване, както и твърдотелни батерии на базата на многослойна пиезокерамика, използвани в съвременните електронни схеми.
б) Пиезокерамични сензори
Пиезокерамичните сензори преобразуват механична сила или движение в пропорционален електрически сигнал, т.е. също въз основа на директния пиезоелектричен ефект.
В контекста на активното въвеждане на компютърни технологии, сензорите са незаменими устройства, които ви позволяват да координирате механични системи с електронни системи за контрол и управление.
Има два основни типа пиезокерамични сензори: аксиални (механичната сила действа по протежение на поляризационната ос, режим 33) и гъвкави (силата действа перпендикулярно на поляризационната ос (режим 31)).
В аксиалните сензори като пиезоелектрични елементи се използват дискове, пръстени, цилиндри и плочи. Примерите включват сензори за ускорение (акселерометри), сензори за налягане, сензори за детонация, сензори за разрушаване и др.
Гъвкавите сензори са изградени на базата на последователни (керамичните слоеве имат обратна посока на поляризация) и паралелни (посоката на поляризация на слоевете е една и съща) пиезокерамични биморфи. Най-често срещаните сензори са сила и ускорение.
в) Пиезокерамични задвижващи механизми (пиезо задвижващи механизми)
Изпълнителните механизми са изградени на принципа на обратния пиезоелектричен ефект и следователно са предназначени да преобразуват електрическите величини (напрежение или заряд) в механично движение (изместване) на работния флуид.
Актуаторите се разделят на три основни групи: аксиални (режим d33), напречни (режим d31) и гъвкави (режим d31). Аксиалните и напречните задвижващи механизми също имат общо наименование - многослоен пакет, тъй като те са сглобени от няколко пиезоелектрични елемента (дискове, пръти, плочи или пръти) в пакет. Те могат да развият значителна сила (блокираща сила) до 10 kN при управляващо напрежение 1 kV, но с много малки отклонения на работната част (от няколко нанометра до стотици микрони). Такивазадвижващите механизми също се наричат мощни.
Гъвкавите актуатори (биморфи) развиват незначителна блокираща сила при малки (стотици микрони) отклонения на работната част. Американската компания APC International Inc. успя да създаде и навлезе на пазара с нов тип биморфна плоча - "лентов актуатор" (регистрирана търговска марка). Лентовият задвижващ механизъм може да осигури блокираща сила от 0,95 N и деформация от 1,2 mm, или деформация до 3 mm и блокираща сила от 0,6 N.
Гъвкавите актуатори принадлежат към групата с ниска мощност. Същата група ще включва и перспективни аксиални задвижки, които представляват моноблок, изработен по технологията на многослойна пиезокерамика.
Пакетните актуатори могат да се произвеждат от фирми, които не са свързани с производството на пиезокерамика. Гъвкавите и аксиалните задвижвания, изработени от многослойна керамика, сами по себе си са пиезокерамични елементи. Те могат да бъдат произведени само от предприятия, които притежават технологии и оборудване за производство на пиезокерамични елементи.
г) Пиезокерамични преобразуватели
Проектиран да преобразува електрическата енергия в механична. Както и изпълнителните механизми, те се основават на принципа на обратния пиезоелектричен ефект.
Конверторите в зависимост от честотния диапазон се разделят на три типа:
ултразвукови - високоинтензивни излъчватели за заваряване и рязане, измиване и почистване на материали, сензори за ниво на течности, дисперсионни пръскачки, генератори на мъгла, инхалатори, овлажнители на въздух
високочестотна ултразвук - оборудване за изпитване на материали и безразрушителен контрол, диагностика в медицината и промишлеността, линии за забавяне и др.
д) Комбинирани пиезокерамични системи
Такива системи се трансформирателектрическите величини в електрически, с последователно използване на обратни и директни пиезоелектрични ефекти. Примери за такива системи включват ехолоти, разходомери, пиезотрансформатори, "търсач на ключове".
1.5 Перспективи за използване на пиезокерамика.
Смята се, че пиезокерамиката е един от обещаващите материали на 21 век. Причината за това мнение е, че забележителните свойства, присъщи на пиезокерамиката, все още не се изискват напълно от науката, инженерството и технологиите.
Продуктите от пиезокерамика намират все по-широко приложение в различни области на науката и техниката като излъчватели и приемници на ултразвук в хидроакустиката, в ултразвукови устройства за контрол (дефектоскопи, дебеломери и др.), за сензори за налягане и вибрации, филтри и др. Те са намерили голямо приложение в ултразвукови медицински устройства. Едно от тези устройства са ултразвуковите инхалатори. В ултразвуковите инхалатори се използват пиезо елементи с различни форми. Плоски, под формата на дискове и под формата на сферични сегменти с различни диаметри и радиуси на кривина.
В същото време пиезокерамиката все още не се използва достатъчно за създаване на генератори, изпълнителни механизми и в комбинирани системи. Въпреки това, съвременните изисквания за енергоспестяване, миниатюризация, адаптивност към компютърни системи за управление и мониторинг все повече принуждават производителите на машини и оборудване да се обръщат към производителите на пиезокерамика, за да търсят съвместно определени технологични решения, използващи пиезокерамика. В резултат на това се появяват нови видове пиезокерамика, създават се нови и се подобряват добре познатите пиезокерамични елементи и компоненти. В момента се обръща особено внимание на пиезокерамичните трансформатори и изпълнителни механизми.
2.Анализ на фазовата структура на фазовата диаграма на трикомпонентната система As - Ge - Te.
2.1. На концентрационния триъгълник на фазовата диаграма на трикомпонентна система са определени фигуративни точки на сплави със следните концентрации: а) As–60%, Ge–10%, Te–30% (точка А); б) As -0%, Ge - 30%, Te - 70% (точка B).
2.2. На концентрационния триъгълник на фазовата диаграма на трикомпонентна система е изобразено: а) набор от сплави с постоянна концентрация на компонента As-95%, линия а; б) набор от сплави, характеризиращи се с постоянно съотношение на компонентите Te:As=1:3, линия b.
Фигуративни точки и набори от сплави от даден състав са показани на диаграмата (фиг. 2.1) и са маркирани със съответните букви.
Фигура 2.1 - Повърхност на Liquidus на системата As-Ge-Te (за точки 2.1-2.2)
2.3 Фазови трансформации, съответстващи на линии на двойна евтектика:
Към точките на тройна евтектика: E1 : L → Te + As2Te3 + GeTe;