Das Wichtigste in Kürze
- CeramTec entwickelt harte Piezokeramiken (PZT-basiert) für leistungsstarke Ultraschall- und Wandleranwendungen.
- Sie zeichnen sich durch geringe Verluste, hohe Stabilität unter elektrischer und mechanischer Last sowie hohe Curie-Temperatur aus.
- Einsatz u. a. in Ultraschallreinigung und -schweißen, Medizintechnik, Füllstandsensorik, Sonar und zerstörungsfreier Prüfung.
- Leitgüten sind SONOX® P4, SONOX® P8, PZT401 und PZT807, mit Betriebsfrequenzen von 20 kHz bis einige MHz.
Leistungswandler stellen Anforderungen an Werkstoffe, die auch bei hohen elektrischen Ansteuerungspegeln, starker mechanischer Beanspruchung und Dauerbetrieb zuverlässig arbeiten. Die harten Piezokeramiken von CeramTec sind genau für diese Bedingungen entwickelt. Von industriellem Ultraschall über Sonar bis hin zu Medizinprodukten wandeln unsere Werkstoffe SONOX® und PZT elektrische Energie effizient, wiederholt und mit hohen Amplituden in mechanische Schwingungen um.
Was sind harte Piezokeramiken?
Harte Piezokeramiken basieren auf modifiziertem Blei-Zirkonat-Titanat (PZT). Ihre Zusammensetzung schränkt die Bewegung ferroelektrischer Domänenwände ein. Daraus ergeben sich geringe dielektrische und mechanische Verluste sowie eine hohe Stabilität unter elektrischer und mechanischer Belastung.
Der Begriff „hart“ beschreibt nicht die mechanische Härte. Er bezieht sich auf die eingeschränkte Beweglichkeit der Domänenwände im Inneren des Materials.
Vergleich mit weichen Piezokeramiken
Weiche Piezokeramiken sind auf eine hohe piezoelektrische Reaktion und Empfindlichkeit optimiert. Harte Piezokeramiken sind auf Leistung, Effizienz und Stabilität optimiert. Sie sind die bevorzugte Wahl, wenn diese Eigenschaften wichtiger sind als maximale Empfindlichkeit.
Typische Anwendungen für piezokeramische Leistungswandler
| Markt | Anwendung |
|---|---|
| Automotive | Füllstandssensoren (Öl & Kraftstoff) |
| Industrie | Ultraschallreinigung, Ultraschallschweißen, Ultraschall-Materialbearbeitung, zerstörungsfreie Prüfung (ZfP), Füllstandssensoren, Echolote & Fischfinder |
| Medizinische Geräte | Ultraschalldiagnostik & -therapie, Ultraschallskalpelle & Vernebler, Lithotripter, chirurgische Messer, Zahnsteinentfernung |
| Sicherheit & Verteidigung | Sonartechnik & Hydroakustik, Erkennung von Objekten unter Wasser |
Wie Sie die richtigen harten Piezokeramiken auswählen
Welche harte Piezokeramik geeignet ist, hängt von den Anforderungen der Anwendung ab. Die harten Werkstoffe von CeramTec zeichnen sich durch folgende Eigenschaften aus:
- Geringe Verluste und hoher mechanischer Gütefaktor (Qm): Geringe dielektrische und mechanische Verluste reduzieren die Energiedissipation und die Wärmeentwicklung. Ein hoher Qm unterstützt einen effizienten und stabilen Betrieb unter Resonanzbedingungen.
- Hohe Koerzitivfeldstärke: Bietet eine größere Widerstandsfähigkeit gegen Depolarisation bei hohen elektrischen Ansteuerungspegeln.
- Hohe Curie-Temperatur: Gewährleistet eine zuverlässige Leistung bei erhöhten Betriebstemperaturen.
- Hohe elektromechanische Kopplung: Ermöglicht eine effiziente Umwandlung zwischen elektrischer und mechanischer Energie.
- Maßgeschneiderte piezoelektrische Eigenschaften: Ermöglichen es, den Werkstoff auf anwendungsspezifische Leistungs- und Ausgangsanforderungen abzustimmen.
- Hohe Stabilität unter elektrischer und mechanischer Belastung: Unterstützt einen zuverlässigen Betrieb unter anspruchsvollen Einsatzbedingungen.
Vom Werkstoff zum leistungsstarken Wandler
Die Werkstoffauswahl ist nur ein Teil einer zuverlässigen Hochleistungsfunktion. Geometrie der Komponenten, Polarisation, Elektroden, mechanische Vorspannung, Verklebung und Montage beeinflussen, wie sich der fertige Wandler verhält.
CeramTec verbindet Expertise in Piezokeramik-Werkstoffen mit der Fertigung von Komponenten sowie der Entwicklung kundenspezifischer Sensoren und Wandler. So lassen sich Werkstoff-, Komponenten- und Systemdesign auf die Anforderungen der jeweiligen Endanwendung abstimmen.
Exemplarische harte Piezokeramiken für Leistungswandler
CeramTec bietet ein bewährtes Portfolio piezokeramischer Werkstoffe, die speziell für Hochleistungsanwendungen optimiert sind. Zu den wichtigsten Werkstoffsorten gehören SONOX® P4, SONOX® P8, PZT401 und PZT807.
| Eigenschaft | Wert / Merkmal |
|---|---|
| Permittivität (εr) | 900 – 1.400 |
| Mechanische Güte (Qm) | 500 – 2.000 |
| Dielektrische Verluste | Niedrig |
| Curie-Temperatur | Hoch |
| Koerzitivfeldstärke | Hoch |
| Betriebsfrequenzbereich | 20 kHz bis mehrere MHz |
Diese Werkstoffe sind gezielt darauf ausgelegt, sowohl hohen elektrischen Ansteuerspannungen als auch starken mechanischen Druckbelastungen standzuhalten. Damit sind sie die erste Wahl für anspruchsvolle Ultraschallanwendungen mit hoher Leistung.
