Hart für guten Schall

Schwerpunkt

Keramik – Mit dem neuen Material PIC184 präsentiert PI Ceramic einen harten Werkstoff, der besonders in Schallanwendungen eine hohe Leistung zeigt.

16. September 2014

Im weiten Feld der keramischen Werkstoffe stellt PI Ceramic ein neues Piezomaterial vor, dass vor allem auf OEM-Leistungsschallanwendungen zugeschnitten ist. Hier herrschen eine hohe Dynamik von mehreren Hundert Kilohertz bis zu einigen Megahertz und hohe Ansteuer-Amplituden. Gerade im Dauerbetrieb kommt es darum darauf an, stabile Schwingungseigenschaften mit geringen mechanischen und dielektrischen Verlusten zu realisieren, also möglichst wenig Wärme im Wandlerelement zu erzeugen. Darum besitzt der Werkstoff PIC184 eine hohe elektromechanische Kopplung bei moderat hohen Gütewerten und ausgezeichneter mechanischer und elektrischer Belastbarkeit.

Gleichzeitig sind die Wandlereigenschaften des neuen Materials weitgehend zeit- und temperaturunabhängig. So werden sie der Materialbearbeitung beim Ultraschallschweißen und -bohren gerecht oder auch Transducer-Anwendungen wie Ultraschallreinigung und Sonartechnik sowie akustischen Verfahren zur zerstörungsfreien Materialuntersuchung (NDT). Hier sind große Amplituden im Resonanzbetrieb gefordert.

Das neue Keramikmaterial basiert auf dem Werkstoff Blei-Zirkonat-Titanat (PZT) und zählt zu den ferroelektrisch harten Piezomaterialien. Diese können hohen elektrischen und mechanischen Belastungen sowie großen Betriebsfeldstärken standhalten und sind darum ein leistungsstarkes Material für Ultraschallwandler. Ihre Eigenschaften ändern sich dabei nur wenig. Harte Piezomaterialien verfügen über eine relativ niedrige Durchlässigkeit für elektrische Felder, auch Permittivität genannt. So erwärmt sich das Bauteil auch bei Dauereinsatz im Resonanzbetrieb nur wenig.

Weich ist gut für Sensoren

Weiche PZT-Materialien lassen sich bereits bei niedrigen Feldstärken relativ leicht polarisieren und sind somit sehr gut geeignet für Bauteile wie Piezoaktoren und Sensoren. Das liegt an der für sie typischen vergleichsweise hohen Domänenbeweglichkeit. Die Vorteile der weichen Variante liegen im großen Piezomodul, in mittleren Permittivitäten, hohen induzierbaren Dehnungen sowie den hohen Kopplungsfaktoren.

Wichtige Einsatzgebiete für weiche Piezokeramiken sind Aktoren für die Mikro- und Nanopositionierung sowie Sensoren wie klassische Schwingungsaufnehmer oder Ultraschallsender und -empfänger zur Durchfluss- und Füllstandsmessung und zur Objektidentifikation.

Auf einen Blick

PI Ceramic

Hersteller von aktorischen und sensorischen Piezoprodukten, komplexe Entwicklungs- und Herstellungsprozesse funktionskeramischer Bauelemente. Ziele: hohe Qualität, Flexibilität und Liefertreue. Kundenspezifische Prototypen und Kleinserien mit kurzer Lieferzeit. Sitz in Lederhose, Tochterunternehmen von Physik Instrumente (PI).

Erschienen in Ausgabe: 07/2014