Das Wichtigste in Kürze
- CeramTec entwickelt weiche Piezokeramiken (PZT-basiert) für Sensorik, Präzisionsmessung und Ultraschallanwendungen.
- Sie bieten hohe piezoelektrische Empfindlichkeit und starke elektromechanische Kopplung, also präzise Umwandlung kleiner Signale.
- SONOX® P502 und P504 sind für stabile Eigenschaften über Temperatur und Zeit ausgelegt und eignen sich für Sender-/Empfänger-Betrieb.
- Einsatz u. a. in Ultraschallabstandssensoren, Füllstandsensorik, Durchflussmessung und Automotive-Sensorik (Betrieb von −40 °C bis +160 °C).
Sensoren und Präzisionswandler benötigen Werkstoffe, die auch auf kleine mechanische oder elektrische Signale zuverlässig reagieren. Die weichen Piezokeramiken von CeramTec sind genau für diese Bedingungen entwickelt. Für Sensorik, Messtechnik und Ultraschallanwendungen bieten unsere Werkstoffe SONOX® und PZT eine hohe piezoelektrische Empfindlichkeit und starke elektromechanische Kopplung für eine präzise und effiziente Energieumwandlung.
Was sind weiche Piezokeramiken?
Weiche Piezokeramiken basieren auf modifiziertem Blei-Zirkonat-Titanat (PZT). Ihre Zusammensetzung ermöglicht es den ferroelektrischen Domänenwänden, sich leichter zu bewegen. Daraus ergibt sich eine hohe piezoelektrische Reaktion und eine hohe Empfindlichkeit bei einer gegebenen mechanischen Eingangsgröße.
In Sensoranwendungen wandelt der Werkstoff ein kleines mechanisches Signal in ein nutzbares elektrisches Signal um. Die Werkstoffwahl beeinflusst daher maßgeblich die Signalstärke, die Messgenauigkeit sowie die Stabilität über Temperatur und Zeit.
Vergleich mit harten Piezokeramiken
Weiche Piezokeramiken sind auf Empfindlichkeit und Signalerzeugung optimiert. Harte Piezokeramiken sind auf Leistung, Effizienz und Stabilität unter hohen Ansteuerungspegeln optimiert. Wählen Sie weiche Werkstoffe, wenn Empfindlichkeit wichtiger ist als die Belastbarkeit bei hoher Leistung.
Typische Anwendungen für piezokeramische Sensoren
| Markt | Anwendung |
|---|---|
| Automotive | Füllstandssensoren (Öl & Kraftstoff), Einparkhilfe, Klopfsensoren, Beschleunigungssensoren (Auswuchtmaschinen für Räder) |
| Industrie | Ultraschall-Abstandssensoren, Durchflussmessung (Wasser- & Wärmezählung), Füllstandssensoren (Lagersilos), Leckageerkennung, Ultraschallzähler, Einbruchmeldeanlagen & Objektschutz |
| Medizinische Geräte | Ultraschalldiagnostik und -therapie |
Wie Sie die richtigen harten Piezokeramiken auswählen
Welche weiche Piezokeramik geeignet ist, hängt von der Sensor- oder Sendeaufgabe und der Betriebsumgebung ab. Die weichen Werkstoffe von CeramTec zeichnen sich durch folgende Eigenschaften aus:
- Hohe piezoelektrische Aktivität und Empfindlichkeit: Große Ladungs- (d33) und Spannungskonstanten (g33) wandeln kleine mechanische Eingangsgrößen in starke elektrische Signale um und umgekehrt.
- Hohe Permittivität für effiziente Signalwandlung: Unterstützt eine effiziente Energieumwandlung in Sensor- sowie Sender- und Empfängerschaltungen.
- Maßgeschneiderte Kopplung und Dämpfung: Der elektromechanische Kopplungsfaktor (kP) und der mechanische Gütefaktor (Qm) lassen sich auf die Betriebsfrequenz und den Betriebsmodus abstimmen, von breitbandiger Sensorik bis zur resonanten Übertragung.
- Thermische und zeitliche Stabilität: SONOX® P502 und P504 bieten über Temperatur und Zeit stabile piezoelektrische Eigenschaften und sorgen so für eine gleichbleibend gute Signalqualität.
- Betriebsbereich für die Automobilindustrie: Betrieb von −40 °C bis +160 °C für anspruchsvolle Fahrzeug- und Industrieumgebungen.
- Geeignet für kombinierten Sender- und Empfängerbetrieb: Ein einziger Werkstoff kann sowohl die Sende- als auch die Empfangsfunktion innerhalb eines Wandlers übernehmen.
Vom Werkstoff zum hochpräzisen Sensor
Die Werkstoffauswahl ist nur ein Teil einer zuverlässigen Sensor- und Sendeleistung. Geometrie der Komponenten, Polarisation, Elektroden, mechanische Vorspannung, Verklebung und Montage beeinflussen, wie sich der fertige Wandler verhält, einschließlich Empfindlichkeit, Bandbreite und Temperaturverhalten.
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 weiche Piezokeramiken für Sensoranwendungen
CeramTec bietet ein umfassendes Portfolio an piezokeramischen Werkstoffen, die speziell auf Sensoranwendungen zugeschnitten sind, darunter SONOX® P5, SONOX® P502, SONOX® P504, SONOX® P508, PZT 503, PZT5A1, PZT 5A4 und PZT5H1.
| Eigenschaft | Wert / Merkmal |
|---|---|
| Permittivität (εr) | 1.000 – 2.000 |
| Piezoelektrische Aktivität (d33) | ≥ 400 x 10⁻¹² C/N |
| Mechanische Güte (Qm) | Niedrig (≤ 100) |
| Betriebstemperaturbereich | −40 °C bis +160 °C (Automobilqualitäten) |
| Thermische & zeitliche Stabilität | Hoch (SONOX® P502, SONOX® P504) |
Die meisten Sensoranwendungen nutzen piezokeramische Elemente in einer kombinierten Sender-/Empfänger-Konfiguration, die abwechselnd Ultraschallsignale aussendet und empfängt. SONOX® P502 und P504 wurden speziell für diese Doppelfunktion entwickelt. Sie bieten eine besonders hohe thermische und zeitliche Stabilität und sind daher die bevorzugte Wahl für Automobil-Sensoranwendungen, die im Temperaturbereich von −40 °C bis +160 °C arbeiten.
