Piezokeramik

Keramik als elektromechanischer Wandler

Piezokeramiken dienen der Umwandlung von mechanischen Größen, wie Druck und Beschleunigung in elektrische Größen, oder umgekehrt von elektrischen Signalen in mechanische Bewegung oder Schwingungen.

Piezokeramische Werkstoffe werden den Funktionskeramiken zugeordnet und ermöglichen in Sensoren die Umwandlung von Kräften, Drücken und Beschleunigungen in elektrische Signale und bei Schall- und Ultraschallgebern sowie Aktoren die Umwandlung von elektrischen Spannungen in Schwingungen oder Deformationen. Die Klassifikation der piezokeramischen Werkstoffe basiert auf der chemischen Zusammensetzung einerseits und den spezifischen Leistungsprofilen andererseits. Bei CeramTec werden folgende Werkstoffkategorien unterschieden:

  • Werkstoffe für Leistungsanwendungen (Ultraschallanwendungen)
  • Werkstoffe für sensorische Anwendungen (Ultraschall-Sender und Empfänger)
  • Werkstoffe für aktorische Anwendungen (Präzisionverstellungen oder Einspritzsysteme)

Die Kontaktierung der metallisierten Piezokeramik kann sowohl über Leitkleber, Leitgummi- oder Federkontakte als auch durch Anlöten erfolgen.

Leistungsdaten
 LeistungsmesswandlerSensoranwendungen Stellantriebsanwendungen
Relative Dielektrizitätskonstante  1,000 ­– 1,3951,500-3,4001,800 – 3,800
Verlustfaktor tan σ

     1.6x10-3

     3.0x10-3

12x10-3

20x10-3

15x10-3

16x10-3

Kopplungsfaktor kP

 0.54 – 0.58

0.59 – 0.620.65

Ladungskonstante d33 10-12 C/N

240 – 315390 – 620475 – 680
Spannungskonstante g33 10-3Vm/N500 – 1,20022.7 – 33.120.2 –28.5
Güte Qm500 – 1,20060 – 90 75 – 80
Oxide Ceramics Silicate Ceramics Materials
Produkte aus Piezokeramik

Piezokeramik ist vielseitig einsetzbar. In der Fahrzeugindustrie wird Piezokeramik zum Beispiel als Klopf- und Ölstandssensor eingesetzt oder als Aktor zur präzisen Steuerung des Einspritzprozesses in Motoren. In der Medizintechnik sind piezokeramische Bauteile in Nierensteinzertrümmerern, Zahnsteinentfernern und Inhalatoren zu finden. Im Maschinenbau bekannte Anwendungen mit Piezokeramik sind die Ultraschallreinigung und das Ultraschallschweißen sowie die aktive Schwingungsdämpfung. Tonabnehmer für Musikinstrumente oder Einbruchmelder sind Beispiele für den Einsatz von Piezotechnik in Anwendungen für den Endverbraucher.


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Mit der Übernahme des Geschäftsbereichs Elektrokeramik von Morgan Technical Ceramics hat CeramTec sein bereits umfangreiches Angebot an piezokeramischen Werkstoffen und Produkten erweitert.
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