| Efectul piezoelectric reprezinta capacitatea unor corpuri cu structura cristalina de a se electriza atunci cand sunt supuse actiunii unei tensiuni mecanice si de a se deforma mecanic atunci cand sunt supuse unor tensiuni electrice, a fost pus in evidnta in anul 1980 de fratii Pirre si Joliot Curie. Piezoelectricitatea se manifesta atunci cand, in cristal, deformarile elastice determina deplasari inegale ale centrelor sarcinilor pozitive si respectiv negative. Aceste deplasari inegale se produc in cristale lipsite de simetrie. Cu toate ca unele dintre aceste cristale poseda o constanta dielectrica relativa superioara celei a cristalului de cuart, totusi ele au o utilizare mai redusa, datorita unor inconveniente pe care le prezinta ca urmare proprietatilor lor fizice si chimice. Astfel, sarea Rochelle se deshidrataza in umiditati mai mici de 35%, isi pierde stabilitatea la umiditati mai mari de 85%, se descompune chimic la temperaturi mai mari de 550 C, iar constanta dielectrica relativa variaza de-a lungul axei electrice X in functie de intensitatea campului electric aplicat. De aceea, materialele piezoelectrice de importanta practica, nu sunt cele enumerate anterior, cu exceptia cuartului, ci o serie de matriale preparate in laborator. Lumea noastra este esentialmente o lume materiala.Prin urmare, existenta noastra nu poate fi conceputa fara materiale. Exista matriale natural, formate in decursul timpului, fara inventia omului, dar de care omenirea a invatat sa se foloseasca si exista si materiale create de om, cu proprietati noi, neasteptate, chiar spectaculoase. Se poate afirma ca numarul matrialelor create de om este mai mare decat cel al materialelor naturale, ce au fost create cu proprietati dirijate, controlate prin tehnologii simple sau avansate. Tehnologia obtinerii ceramicelor piezoelectrice Pentru obtinerea ceramicelor piezoelectrice folosite in aceasta lucrare s-a folosit tehnologia ceramica standard. Aceasta tehnologie este alcatuita din urmatoarele operatii: Ø Dozarea Pentru utilizarea materiilor prime se iau in considrare in primul rand puritatea si marimea particulelor. O dimensiune mica a particulelor este necesara pentru stabilirea echilibrului chimic, mai ales la formarea solutiilor lichide. Impuritatile pot afecta reactivitatea cat si propritatile dielectrice si de conductivitate ale ceramicilor, deci si proprietatile piezoelectrice. Materii prime sub forma de oxixi: PbO, Re2O3 , TiO2, ZrO2, MnCO3 de puritat Pa (minim 99%) s-au cantarit in proportiile Stochiometrice si s-au pus in vase de moara de agat, in sarje a cate 100 g. Re este pamantul rar introdus in ceramica respectiva. Ø Omognizarea Materiile prime trebuie sa fie amestecate foarte bine, majoritatea materialelor ceramice fiind solutii solide. Propritatile piezoelectrice si dielectrice sunt afectate de lipsa de omogenitate. Omogenizarea se face in vase si bile de agat, in mediu : alcool metilic.Se va amesteca intr-o moare planetara (300 de rot. /minunt fiind rot. morii), timp de 2 ore. Alcoolul metilic se elimina prin uscare sub agitatie la cald. Ø Calcinarea Dupa omognizare, materialele piezocramice se calcineaza sub forma de pulbre sau granule. Rolul calcinarii este de a inlatura apa, bioxidul de carbon si impuritatile volatile; de a initia reactia termochimica a constituentilor, si ca o consecinta a reactiei, de a micsora modificarea volumului dupa arderea finala. Calcinara se face la 850 0C (suficinta pentru determinarea reactionarii complete a constituentilor si pentru a permite o macinare usoara ulterior) timp de 2 ore in creuzetele de Al2O3. Ø Macinarea Macinarea pregateste matrialul pentru formare. Se face in aceeasi moara cu aceleasi vase si bile. Matrialul calcinat, care in prealabil a fost sfaramat in ganule sub 200μm, este macinat 4 ore in mediu apa distilata. Dupa macinare urmeaza o uscare in tuva. Daca particulele sunt grosiere , ceramicele poat avea spatii intergranulare mari si densitatea dupa coacere va fi redusa. Daca macinarea a fost prea fina, proprietatile coloidale pot afecta operatiile de formare.Trbuie evitata segregarea constituentilor omogenati imperfect. Ø Formarea piesei Pulberea macinata este dispersata intr-o sita de 100μm si se adauga prin pulverizare apa distilata in proportie de circa 5%. Cu ajutorul unei prese hidrauluice, utilizand o matrice de otel cu diametrul de 12 mm, s-au presat piese de cate un gram la o presiune de 400kgf/ cm2. Ø Presintetizarea Piesele au fost sinttizate in aer o ora la 9000C pe suport Al2O3.. Ø Sintetizarea Constituie o difuzie controlata, deci cel mai mobil ion prezent in cantitate apreciabila va determina gradul de sintetizare. Sintetizarea se face in creuzetele de Al2O3, piesele fiind inglobate in granule si pulbere din materialul urmator Pb0,88Sm0 , 08Ti0, 98Mn0, 02O3, la temperatura de 1150 0C, 1180 0C, 1200 0C, 12200 C. Ø Prelucrarea plan paralela Multe ceramice piezoelectrice necesita dimensiuni precise si suprafete netede pentru asamblare. Prelucrarea se face pe masini specializate, cu piesele plasate pe o masca de textolit, care se roteste excentric intre doua saibe grele din Cu, introducandu-se intermitent o suspensie de abraziv (SiC) in apa. Piesele au fost prelucrate cu abraziv de granulatie 200μm, urmand o prelucrare fina cu granulatie de 15 μm avand grosimea finala d 1- 1,1 mm. Dupa prelucrare pisele au fost spalate in bai de ultrasunete cu apa si actona. Ø Depunerea contactelor metalice Depunerea se face prin pensulare pe cele doua fete opuse ale probelor cu pasta de argint tip demetron. Dupa uscarea pastei piesele au fost supuse la un tratament de sintetizare de 10 min la 8000C, cu incalzire si racire rapida, intreg ciclul fiind de 40 minute. In mod ideal, stratul de argint trebuie sa adere puternic la substratul ceramic, sa fie foarte subtire sa aiba rezistenta elctrica practica 0 si o durabilitate fizica si chimica buna. Practic adrenta electrozilor nu este perfecta. Golurile care apar intre electrod si ceramica actioneaza ca o capacitate serie de valoare unica. Se mai folosesc electrozi de aur, nichel, cupru electrolit, paladiu. Ø Polarea Polarea se realizeaza prin aplicarea unui camp electric puternic pieselor ceramice cu electrozi. Din pacate, campul de polare are tendinta de a provoca strapungerea dielectrica. Aceasta tendinta este accentuata de goluri, crapaturi si alte defecte fizice din material. Adesea este operatiunea cea mai dificila din intreg procesul de producere al ceramicelor. Polarea s-a facut la 1500C, intr-un suport special imersat in ulei siliconic, sub un camp de 5,5 kV/mm. Masurarea caracteristicilor electrice ala materialelor dupa polare s-a facut la peste 24 ore. |
