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Zibo Yuhai Electronic Ceramic Co., Ltd.

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Comment fabriquer des matériaux piézoélectriques?


Une céramique piézoélectrique traditionnelle est une masse de cristaux de céramique de pérovskite, chacun consistant en un petit ion métallique tétravalent, généralement du titane ou du zirconium, dans un réseau d'ions métalliques divalents plus grands, généralement du plomb ou du baryum et des ions 02- Dans des conditions qui confèrent aux cristaux une symétrie tétragonale ou rhomboédrique, chaque cristal a un moment dipolaire.

Pour préparer une céramique piézoélectrique, des poudres fines de PZT des oxydes métalliques composants sont mélangées dans des proportions spécifiques, puis chauffées pour former une poudre uniforme. La poudre piézoélectrique est mélangée à un liant organique et est transformée en éléments structurels ayant la forme souhaitée (disques, tiges, plaques, etc.). Les éléments sont cuits selon un programme de temps et de température spécifique, au cours duquel les particules de poudre piézo se frittent et le matériau atteint une structure cristalline dense. Les éléments sont refroidis, puis mis en forme ou ajustés selon les spécifications et des électrodes sont appliquées sur les surfaces appropriées.

Au-dessus d'une température critique, le point de Curie, chaque cristal de pérovskite dans l'élément en céramique cuit présente une symétrie cubique simple sans aucun moment dipolaire. Cependant, à des températures inférieures au point de Curie, chaque cristal présente une symétrie tétragonale ou rhomboédrique et un moment dipolaire. Les dipôles adjacents forment des régions d'alignement local appelées domaines. L'alignement donne un moment dipolaire net au domaine, et donc une polarisation nette. La direction de polarisation entre les domaines voisins est aléatoire, de sorte que l'élément en céramique n'a pas de polarisation globale.

Les domaines d'un élément piézo-céramique sont alignés en exposant l'élément à un champ électrique puissant et à courant continu, généralement à une température légèrement inférieure au point de Curie. Grâce à ce traitement polarisant (polarisation), les domaines les plus proches du champ électrique se développent aux dépens des domaines non alignés avec le champ, et l'élément s'allonge dans la direction du champ. Lorsque le champ électrique est supprimé, la plupart des dipôles sont verrouillés dans une configuration proche de l'alignement. L'élément a maintenant une polarisation permanente, la polarisation rémanente, et est allongé de façon permanente.



Poling une céramique piézoélectrique

Effets du champ électrique

Analogue aux caractéristiques correspondantes des matériaux ferromagnétiques, un matériau ferroélectrique polarisé présente une hystérésis. La figure 1.3 montre une courbe d'hystérésis typique créée en appliquant un champ électrique à un élément en céramique piézoélectrique jusqu'à atteindre la polarisation maximale Ps, réduisant le champ à zéro pour déterminer la polarisation rémanente Pr, inversant le champ pour atteindre une polarisation maximale négative. polarisation rémanente négative et ré-inversion du champ pour rétablir la polarisation rémanente positive. Le tracé sous la courbe d'hystérésis trace le changement relatif de la dimension de l'élément en céramique le long de la direction de polarisation, correspondant au changement du champ électrique. L'augmentation / diminution relative de la dimension parallèle à la direction du champ électrique s'accompagne d'une diminution / augmentation relative correspondante, mais inférieure d'environ 50%, de la dimension perpendiculaire au champ électrique. Figure 1.3. Effets du champ électrique (E) sur la polarisation (P) et l'allongement / contraction correspondant d'un élément en céramique

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