Werkstoff Piezokeramik
CeramTec hat spezielle Hochleistungswerkstoffe für den Einsatz in der Piezotechnik entwickelt. Denn piezokeramische Bauteile sind zum Teil hohen Belastungen ausgesetzt und müssen dennoch ihre Aufgaben mit höchster Zuverlässigkeit erfüllen. Mit ihren vielfältigen Eigenschaften und Einsatzmöglichkeiten sind die Werkstoffe der Marke SONOX® in der Welt der Sensoren, Aktoren und Wandler ein Begriff für höchste Leistungsfähigkeit und maximale Zuverlässigkeit.
Werkstoffkategorien
Die Klassifikation der piezokeramischen Materialien basiert auf der chemischen Zusammensetzung einerseits und den spezifischen Anwendungsbedingungen andererseits. Auswahlkriterien sind neben den typischen Kenngrößen (siehe Datenblätter) das Verhalten bei großer elektrischer und mechanischer Last. Es werden folgende Werkstoffkategorien unterschieden:
Werkstoffe für Leistungswandler
SONOX® P4, SONOX® P8, PZT401, PZT807
Diese Werkstoffe vertragen hohe elektrische Steuerspannungen sowie große mechanische (Druck-) Lasten und zeichnen sich aus durch:
- Geringe dielektrische Verluste
- Dielektrizitätszahlen im Bereich zwischen 900 und 1400
- Hohe Gütewerte im Bereich zwischen 500 und 2000
- Hohe Curietemperatur
- Große Koerzitivfeldstärke
Sie eignen sich besonders für Hochleistungs- Ultraschallanwendungen im Bereich von 20 kHz bis zu einigen MHz.
Werkstoffe für sensorische Anwendungen
SONOX® P5, SONOX® P502, SONOX® P504, SONOX® P508, PZT 503, PZT5A1, PZT 5A4, PZT5H1
- Dielektrizitätszahlen im Bereich zwischen 1000 und 2000
- Große piezoelektrische Aktivität (d33 ≥ 400 * 10-12 C/N)
- Geringe Gütewerte (≤100)
Sensorische Anwendungen sind in den meisten Fällen kombinierte Systeme, in denen die Piezokeramik einerseits als Ultraschall-Sender, andererseits als Empfänger eingesetzt wird. SONOX® P502 und SONOX® P504 sind speziell entwickelte Werkstoffe mit hoher thermischer und zeitlicher Stabilität. Deshalb eignen sie sich besonders für automotive Anwendungen im Bereich von -40 bis +160º Celcius.
Sonderwerkstoffe
- SONOX® P1 bleifrei (P1LF).
Auf Anfrage sind weitere Sonderwerkstoffe verfügbar.
Applikationen & Werkstoffe
| Typische Applikationen | Standard-Werkstoff |
Ultraschallreinigung Sonartechnik | SONOX® P4 PZT401 PZT5H1 |
Sensortechnik Materialprüfung Medizinische Diagnostik und Therapie | SONOX® P5 PZT5A1 PZT5A4 SONOX® P502 PZT503 SONOX® P504 SONOX® P508 |
| Ultraschallbearbeitung (Schweißen, Bohren) | SONOX® P8 PZT807 |
Aktoren Piezoelektrische Generatoren | SONOX® P505 SONOX® P53 PZT5A4 |
Leistungsdaten
| Leistungsmesswandler | Sensoranwendungen | Stellantriebsanwendungen | |
| Relative Dielektrizitätskonstante ε33 Τ/ε0 | 1,000 – 1,395 | 1,500-3,400 | 1,800 – 3,800 |
| Verlustrate tan σ | 1.6x10-3 – 3.0x10-3 | 12x10-3 – 20x10-3 | 15x10-3 – 16x10-3 |
| Kupplungsfaktor kP | 0.54 – 0.58 | 0.59 – 0.62 | 0.65 |
Ladekonstante d33 10-12 C/N | 240 – 315 | 390 – 620 | 475 – 680 |
| Spannungskonstante g33 10-3 Vm/N | 500 – 1,200 | 22.7 – 33.1 | 20.2 –28.5 |
| Qualität Qm | 500 – 1,200 | 60 – 90 | 75 – 80 |
Produkte aus Piezokeramiken
Piezokeramiken haben ein breites Anwendungsspektrum. In der Automobilindustrie werden Piezokeramiken in einer Reihe von Anwendungen eingesetzt, z. B. in Klopf- und Ölstandssensoren oder als Aktoren für die präzise Steuerung von Einspritzvorgängen in Motoren. In der Medizintechnik finden sich piezokeramische Komponenten in Lithotriptern, Geräten zur Plaqueentfernung und in Inhalatoren. Gängige Anwendungen im Maschinenbau sind Ultraschallreinigung, Ultraschallschweißen und aktive Schwingungsdämpfung. Tonabnehmer für Musikinstrumente oder Einbruchmeldeanlagen sind Beispiele für den Einsatz der piezoelektrischen Technologie in Verbraucheranwendungen.
RoHS-Richtlinie
RoHS: Richtlinie zur Beschränkung der Verwendung bestimmter gefährlicher Stoffe in Elektro- und Elektronikgeräten.
Diese Richtlinie beschreibt die Vermeidung von gefährlichen oder schädlichen Substanzen in elektrischen oder elektronischen Geräten. Wir produzieren und verkaufen keramische Bauelemente und sind somit von dieser Richtlinie nicht direkt betroffen – möglicherweise aber unsere Kunden. Der Hauptbestandteil von piezokeramischen Bauteilen sind Bleiverbindungen wie Bleizirkonat und Bleititanat. Das ist leider nicht vermeidbar. Dies wurde auch von der europäischen Kommission so gesehen. Deshalb hat z. B. Blei in piezokeramischen Verbindungen in RoHS und der ELV („Altauto-Verordnung“) eine Ausnahmegenehmigung.
Trotzdem oder gerade deshalb wollen wir unsere Kunden in dieser Beziehung unterstützen: Wir bieten an, piezokeramische Bauteile zurückzunehmen und einer umweltgerechten Entsorgung bzw. einem Recycling-Prozess zuzuführen. Voraussetzung ist, dass uns die Piezokeramiken ohne Fremdkomponenten (also nicht im Gehäuse oder eingegossen) angeliefert werden. Sollten Sie an einem Recycling interessiert sein, nehmen Sie bitte Kontakt mit uns auf. Wir machen Ihnen gerne ein Angebot.
