Piezokeramische Komposite
Vielfältige Designs für maßgeschneiderte Anwendungen mit Verbundkomponenten
Piezokeramische Komposite bestehen aus einer Kombination von piezoelektrischer Keramik und einem Füllpolymer und vereinen die Stärken beider Materialien. Als leistungsfähige Alternative zu Vollkeramik-Komponenten bieten sie zahlreiche Vorteile – insbesondere durch die hohe Gestaltungsfreiheit und Flexibilität. Der Polymeranteil ermöglicht eine besonders gute Anpassung an Umgebungsmedien mit unterschiedlicher akustischer Impedanz. Dadurch eröffnen sich vielfältige Einsatzmöglichkeiten: in der Medizintechnik etwa für HIFU-Anwendungen oder die diagnostische Bildgebung sowie in der Industrie, z. B. bei der Durchflussmessung oder der zerstörungsfreien Prüfung. Komposite bieten zudem eine verbesserte Ultraschallsensitivität und höhere Auflösung.
Spezifikationen
Die Komposite von PI Ceramic werden in einer 1-3-Anordnung in starrer Form mithilfe der Dice & Fill-Technologie hergestellt. Abmessungen und Materialien sind gemäß den kundenspezifischen >> Piezokomponenten wählbar und können – nach technischer Prüfung – als Komposit realisiert werden. Die Bewertung der Machbarkeit erfolgt auf Basis der übermittelten Anforderungen oder Abmessungen.
| Kantenlänge x,y [mm] | < 80 |
| Dicke TH [mm] | > 0,1 - 16 |
| Spaltgröße b [mm] | > 80 |
| Pingröße a [µm] | > 200 |
| Mitte Pin – Mitte Pin [µm] | > 200 (Abstand von Pinmitte zur nächsten Pinmitte) |
| Füllgrad [%] | 30 - 80 (Volumenanteil Keramik im Gesamtkomposit) |
| Frequenz [MHz] | 0,08 - 8 |
| Elektroden | Dünnschicht (Ag, Au, CuNi, Ni) |
| Füllmaterial | Epoxidharz, Polyurethan |
| Kontaktierung | Es stehen unterschiedliche Kontaktierungsverfahren zur Auswahl, wie das Kleben von Litzen und flexiblen Leiterkarten. |
| Material | Wir bieten verschiedene ferroelektrisch weiche und harte PTZ-Materialien an. |
| Erweiterte Möglichkeiten | Neben der Höherveredelung durch Aufbau- und Verbindungstechnik lassen sich individuelle, einbaufertige Lösungen realisieren, wie
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| Vergleich zu Vollkeramiken | Durch die Kombination von Keramik und Polymer bieten Komposite eine höhere elektromechanische Kopplung sowie eine größere Bandbreite im Vergleich zu Vollkeramiken. Zudem lassen sie sich einfacher an Medien mit unterschiedlicher akustischer Impedanz anpassen. Für Berechnungen der Spezifikationen steht unser >> Piezo-Kalkulator zur Verfügung. Vergleichende Daten zur Vollkeramik finden Sie >> hier. Die Verbundstruktur ermöglicht neben klassischen Geometrien wie Platten, Scheiben, oder Halbschalen auch die Umsetzung komplexerer Formen. |
| Anwendungen | Piezokeramische Komposite können Vollkeramiken in einer Vielzahl von Anwendungen ersetzen. Beispiele für mögliche Anwendungen finden Sie >> hier. |
Vergleich der Eigenschaften: Vollkeramik vs. Komposit
Die Verbindung von Piezomaterial und Polymer führt bei Piezokomponenten, wie Scheiben, zu einer höheren axialen Auslenkung (d33-Effekt) bei minimaler Auslenkung in radialer Richtung
Im Vergleich piezoelektrische Vollkeramik-Scheibe zu Komposit zeigt sich eine Verringerung der akustischem Impedanz, was zu einer Verbesserten Kopplung zu Wasser oder Organgewebe führt.
Die Kapazität wird von der aktiven Gesamtfläche des Körpers, der Permittivität des Materials und der Dicke bestimmt.
| Resonanzfrequenz (Dicke) f [kHz] | Dicke TH (mm) | Pingröße PIN (mm) | Volumenanteil Piezokeramik (%) | Resonanzimpedanz I (Ω) | Elektrische Kapazität C* (nF) | Dielektrischer Verlustfaktor tan δ (x10-3) | Kopplungsfaktor keff (%) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 400 | 4,0 | 1,0 x 1,0 | 83 | < 30 | 1,6 | < 20 | > 55 |
| 600 | 2,6 | 0,5 x 0,5 | 69 | < 15 | 2,1 | < 20 | > 60 |
| 1500 | 1,1 | 0,4 x 0,4 | 69 | < 5 | 5,0 | < 20 | > 55 |
| 2000 | 0,7 | 0,3 x 0,3 | 64 | < 3 | 6,5 | < 20 | > 55 |
*1000 kHz
Beispiel-Spezifikationen für eine 1-3-Epoxidharz-Kompositscheibe mit OD 25 mm aus Piezomaterial PIC255.
Downloads
Werkstoffdaten
Lead-Free Piezoceramic Materials
Benutzerhandbuch A000T0047
Handhabung und elektrische Kontaktierung von Piezokomponenten