圧電セラミックステクノロジの基礎

圧電作動原理、ペロブスカイトと分極性

圧電電力は、特定の結晶の、圧力もしくは張力をかけて機械的にロードしたときに電荷を生成する能力を基礎としていて、これは直接圧電効果と呼ばれています。反対に、結晶は電界にさらされると制御されたデフォーメーションを受け、この作用は逆圧電効果と呼ばれています。電荷の極性は、圧力の方向に対する結晶の方向性に依存しています。

このプロセスは直接圧電効果と呼ばれます。反対に、電場にさらされた時、変形抑制は逆圧電効果と呼ばれる作用です。電荷の極性は、圧力の方向に対する結晶の方向性に依存しています。

Direkter piezoelektrischer Effekt

直接圧電効果

Inverser piezoelektrischer Effekt

逆圧電効果

ペロブスカイト構造

圧電電気特性を示すセラミックスは、強誘電材料のグループに属します。今日のシステムはほぼ全面的にチタン酸ジルコン酸鉛(PZT)に基づいています;すなわち、ジルコン酸鉛(PbZrO3)とチタン酸鉛(PbTiO3)の混合結晶から構成されています。圧電セラミックの部品は、多結晶体構造を持っており、複数の基本セルから成る多数の結晶体(分域)を含んでいます。強誘電体の基本セルはペロブスカイト型の結晶構造を示し、一般的に構造式A2+B4+O32-によって記述されます。

理想的なペロブスカイト構造の概略図は、歪曲を考慮していませんが、キュリー温度以下の自発分極に拠っています。二価カチオンは立方体の中心に位置し、四価の陽イオンが立方体の角を形成しています。二価のアニオンはこの図では、各立方体エッジの中央に位置しています。PZT(チタン酸ジルコン酸鉛)混合結晶の場合、式は次の通りです:A: Pb2+, B: Ti4+ / Zr4+

分極を通す圧電特性

焼結直後、セラミック体(均一双極子の方向の基本セルから構成される領域)の分域は、統計的に、任意に分布した方向を示します。;すなわち、マクロ体は等方性を持ち、圧電特性を示しません。

極性化の前後、最中の強誘電体セラミックス

これらの圧電性電気特性は「極性化」によって生じなければなりません。 このプロセスでは、セラミック体は、電気双極子がフィールドの方向に整列させるために電気双極子を生じる強力な電気的電場に露光されます。 電場が適用されなかった後(残留極性)でさえも、これらはかなりの配向を維持します。これは、 強誘電体セラミックスの圧電挙動にとって必要条件です。

圧電テクノロジの原理、圧電の動的挙動および圧電の基本モードに関する詳細について、私共は、当社のパンフレット、「圧電アプリケーションにおける高機能セラミックス」および補足の「モノリシック・マルチレイヤアクチュエータ – オペレーションとアプリケーション」を推奨しています。

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