Ossido-ceramica – Piezoceramica

La ceramica come trasduttore elettromeccanico

La piezoceramica è utilizzata per convertire parametri meccanici, quali pressione e accelerazione, in parametri elettrici oppure, viceversa, per convertire segnali elettrici in movimenti o vibrazioni meccaniche.

I materiali piezoceramici sono classificati come ceramica funzionale. Nei sensori, essi consentono di convertire forze, pressioni e accelerazioni in segnali elettrici; negli attuatori e nei trasduttori sonici e ultrasonici convertono le tensioni elettriche in vibrazioni o deformazioni. I materiali piezoceramici sono classificati secondo la loro composizione chimica da un lato, e in base alle specifiche condizioni di applicazione dall'altro. CeramTec distingue tra le seguente categorie di materiali:

  • Materiali per trasduttori di potenza (applicazioni ultrasoniche)
  • Materiali per sensori (trasmettitori e ricevitori ultrasonici)
  • Materiali per attuatori (sistemi di iniezione o di posizione di precisione)
  • Materiali per applicazioni speciali

Il contatto della piezoceramica metallizzata può essere realizzato utilizzando adesivi conduttori, gomma conduttiva, contatti a molla o tramite saldatura.

Informazioni utili:

Selezione di proprietà della piezoceramica

  Trasduttori di potenza Sensori Attuatori
Costante dielettrica relativa ε33 τ/ε0 1.000 – 1.300 1.500 – 1.850 1.800 – 3.800
Fattore di perdita tan δ 2x10-3
3x10-3
12x10-3
20x10-3
15x10-3
16x10-3
Costante di frequenza NP,
KHz⋅mm
2.210 – 2.280 2.020 – 2.050 1.960 – 2.010
Fattore di accoppiamento kP 0,55 – 0,57 0,59 – 0,62 0,65
Costante di carica d33,
10-12 C/N
240 – 310 390 – 450 475 – 680
Costante di tensione d33,
10-3 Vm/N
26,9 – 27,1 26,9 – 33,1 20,2 – 28,5
Cedevolezza elastica S11ε,
10-12 m2/N
11,4 – 14,9 16,3 – 18,5 15,8 – 17,9
Rigidità elastica C33D,
1010N/m2
15,9 – 16,2 14,5 – 15,8 14,7 – 15,2
Densità g/cm2 7,65 – 7,70 7,65 – 7,80 7,70 – 7,83
Qualità Qm 500 – 1.000 60 – 90 75 – 80
AIndice di invecchiamento Cε, % -4,5 to -3,0 -2,3 to -0,3 - 1,6 to -0,8

Gli impieghi della piezoceramica sono molteplici. La piezoceramica è impiegata nell'industria automobilistica in numerose applicazioni, quali i sensori di detonazione e del livello dell'olio, oppure negli attuatori per il controllo preciso dei processi di iniezione del motore. Nella tecnologia medicale, si trovano componenti piezoceramici nei litotritori, nei dispositivi per la rimozione della placca e negli inalatori. Tra le applicazioni più comuni nelle costruzioni meccaniche vi sono la pulizia ad ultrasuoni, la saldatura ad ultrasuoni e l'attenuazione attiva delle vibrazioni. Rilevatori acustici per strumenti musicali o accenditori piezoelettrici a gas sono alcuni esempi di utilizzo della tecnologia piezoelettrica in applicazioni per i consumatori finali.