Piezo Keramik

Allgemein

• Piezokeramiken wurden im 19.ten Jahrhundert nutzbar
• Durch Druck und Zug Belastung veraendert sie ihr eigenes elektrisches Potential
• Sie erzeugt positive wie negative Spannungen
• Dieser Effekt funktioniert auch umgekehrt. Wenn man Spannung auf den Kristall gibt, dann verändert sich seine Groesse.
• Der Wirkungsgrad ist sehr hoch bei diesem Prozess
• Gruppenname von diesen Keramiken: Ferroelektrika

Normen

Fuer die Vermarktung wichtige Normen:

• DIN EN ISO 9001
  • Qualitaetsmanagement, und soll eine groessere Qualitaetssicherheit für den Kunden verheißen. Sie schreibt QM Arbeitsschritte vor.

• DIN EN ISO 14001
  • handelt von Umweltmanagementsystem, definiert Grenzen der Produktion und schreibt Verträglichkeit eines Produktes mit der Umwelt vor.

Material

• Piezokeramik bildet einen Zusammenhang zwischen kristallstruktur und piezoelektrischen konstanten.
• Kristallgitter werden in klassen eingeordnet, es gibt 32 verschiedene Gruppen, von denen 10 polare (oder auch pyroelektrische) kristallklassen sind.
• Makroskopisch kann man diese Polarisation nicht beobachten, da geladene Teilchen (aus der Luft, z.B.: staub) absorbiert werden und so einen Ladungsausgleich verursachen.
• Beispiele für Materialien, die in die Gruppe der 10 passen sind: Quarz, Turmalin und Seignette-Salz.
• Dies sind polykristalline Gebilde, die aus einer Vielzahl von Kristalliten bzw. so genannter Domänen aufgebaut sind, die wiederum aus einer Vielzahl von Elementarzellen bestehen.
• Während des Abkühlens nach dem Sinterprozeß werden die Elementarzellen des Gitters verzerrt. Dadurch werden sie zu "elektrischen Dipolen" (spontane Polarisation).
• Die Domänen selbst sind Bereiche mit Kristalliten einheitlicher Dipolrichtung. Untereinander jedoch zeigen die Domänen nach dem Sinterprozess noch keine einheitliche Orientierung: Dadurch ist die Keramik als makroskopischer Gesamtkörper zunächst noch isotrop und zeigt kein piezoelektrisches Verhalten.
• piezoelektrisches Verhalten wird durch das "Polen" hervorgerufen. Die elektrischen Dipole erhalten unter dem Einfluß eines elektrischen Gleichfeldes eine gemeinsame Ausrichtung, die auch nach dem Abschalten des Feldes als "remanente Polarisation" zum großen Teil erhalten bleibt. Von nun an besitzt die ferroelektrische Keramik die angestrebten piezoelektrischen Eigenschaften.

Fertigung

Aufbereitung

Formgebung

Sintern

Metallisieren

Polarisieren

Verwendung

• Drucksensoren
• Mikrofone
• Tonabnehmer von Plattenspielern
• Haushaltsgasanzuender
  • Beim Betätigen eines Haushaltsgasanzünders wird ein mechanischer Druck auf die Stirnflächen eines piezokeramischen Zylinders ausgeübt, der unter Vorspannung in diesem Mechanismus montiert ist. Auf Grund der Druckbelastung werden an den Elektroden des Zylinders Spannungen von mehreren kV erzeugt. Diese Hochspannung führt an der Funkenstrecke des Anzünders zu einem oder mehreren Funken, die in der Lage sind, ein Luft-Gasgemisch zu entzünden. Dies kann zur Zündung aller technisch wichtigen brennbaren Gase genutzt werden. Man unterscheidet zwei Ausführungsformen: Quetschmechanismen und Schlagmechanismen, die sich im mechanischen Aufbau unterscheiden. Während beim Schlagzünder nur ein hochenergetischer Funke durch einen mechanischen Impuls (Schlag) ausgelöst wird, werden beim Quetschzünder mehrere Funken hintereinander erzeugt. Bei Quetschmechanismen sind in den meisten Fällen zwei mechanisch in Reihe geschaltete Keramikzylinder eingebaut. Einsatzgebiete sind sowohl der häusliche Bereich - wie z.B. Gasherde, Campingkocher, Zentralheizungen - als auch Labors und industrielle Anlagen.
• Feuerzeuge
  • in elektrischen Feuerzeugen, wird mit Hilfe eines so genannten piezozuendern, ein Hochspannungs-Zuend-Funken erzeugt. Durch schlagen auf die Keramik, kann ein Spannungsstoss von einigen kV erzeugt werden.