ピエゾセラミック材料
ピエゾの原料は鉛、ジルコニアとチタニウム（PZT)に基づいています。
PIセラミックでは、改質ジルコン酸チタン酸鉛(PZT)およびチタン酸バリウムをベースにした圧電セラミック素材を幅広く取り揃えています。ピエゾセラミックの 「ソフト」 および 「ハード」 という表記は双極子または分域の可動性、つまり分極および消極の挙動を表しています。アクチュエータ用途では、抗電界の弱い強誘電性のソフトピエゾセラミックが使用されます。強誘電性のハードPZT素材は、主に高電力の音響用途で使用されます。また、PIセラミックでは無鉛ピエゾセラミックも提供しており、現在では特に超音波トランスデューサーや結晶アクチュエータの素材として使用されています。
アクチュエータとトランスデューサーは、技術的な実現性を個別に確認する必要はあるものの、用途ごとの性質に合わせて特殊な素材で製造できます。
材料特性は、欧州規格EN 50324に従い分類されています。
ソフト圧電材料
ソフト圧電材料
理想的なピエゾアクチュエータとセンサー
強誘電性のソフトピエゾセラミック素材は、比較的弱い電界強度でも非常に容易に分極させることができます。これは、これらの素材が、分域の可動性が非常に大きいという特徴を持っているためです。ソフトPZT材料のメリットとしては、圧電電荷係数が大きく、誘電率は中程度であり、結合係数が高いことが挙げられます。
応用事例
ソフトピエゾセラミックの主な応用分野には、マイクロポジショニングおよびナノポジショニング用のアクチュエータ、センサー(従来の振動検出器など)、超音波送信機および受信機(流量や液位の測定用など)、物体識別または監視などがあり、また音響変換器やマイク、楽器のピックアップとして電気音響用途にも使用されています。
| PIC151 | PICA Stack/Thru PiezoTubesシリーズのアクチュエータ用原料 |
|---|---|
| 材料 | チタン酸ジルコン酸鉛の改造 |
| 特性 | 高誘電率、大きな結合係数、高い圧電電荷係数、比較的高いキュリー温度 |
| 適合用途... | アクチュエータ、低出力超音波トランスデューサ、低周波音響トランスデューサ |
| Classification in accordance with EN 50324-1 | 600 |
| MIL-Standard DOD-STD-1376A | II |
| PIC255 | PICA Stack/Thru PiezoTubesシリーズのアクチュエータ用原料 |
|---|---|
| 材料 | チタン酸ジルコン酸鉛の改造 |
| 特性 | 非常に高いキュリー温度、中程度の誘電率、高い結合係数、高い電荷係数、低い機械的品質係数、低い温度係数、比較的高い極性反転電界強度(>１,kV/mm) |
| 適合用途... | 動的動作条件および高い周囲温度、低電力超音波トランスデューサ、非共振ブロードバンドシステム、力および音響ピックアップセンサー用のアクチュエータアプリケーション |
| Classification in accordance with EN 50324-1 | 200 |
| MIL-Standard DOD-STD-1376A | II |
| PIC155 | |
|---|---|
| 材料 | チタン酸ジルコン酸鉛の改造 |
| 特性 | 非常に高いキュリー温度、中程度の誘電率、高い結合係数、高い電荷係数、低い機械的品質係数、低い温度係数、比較的高い極性反転電界強度 |
| 適合用途... | 高いg係数（圧電電圧係数）を必要とするアプリケーション（例：プリアンプ付きマイクロフォンおよび振動ピックアップ、低周波数での振動測定） |
| Classification in accordance with EN 50324-1 | 200 |
| MIL-Standard DOD-STD-1376A | II |
| PIC153 | 特殊なPICA Stack/Thru PiezoTubesシリーズのアクチュエータ用原料 |
|---|---|
| 材料 | チタン酸ジルコン酸鉛の改造 |
| 特性… | 非常に高い誘電率と結合係数、高い電荷係数、約185℃のキュリー温度 |
| 適合用途... | ハイドロホン、医療診断用トランスデューサ、PZTトランスレータ |
| Classification in accordance with EN 50324-1 | 600 |
| MIL-Standard DOD-STD-1376A | VI |
| PIC152 | |
|---|---|
| 材料 | チタン酸ジルコン酸鉛の改造 |
| 特性 | 非常に低い温度係数の誘電率 |
| 適合用途... | 力および加速度トランスデューサ |
| Classification in accordance with EN 50324-1 | 200 |
| MIL-Standard DOD-STD-1376A | II |
ハード圧電材料
超音波トランスデューサ用高パフォーマンス材料
強誘電性のハードPZT材料には、大きな電気的応力および力学的応力をかけることができます。それらの特性はこれらの条件の下でほとんど変わりません
これらの材料のメリットは、誘電率が中程度であり、圧電結合係数が大きく、機械的品質が高く、大きな力学的負荷および動作電界をかけても優れた安定性を示すことです。誘電損率が低いため、コンポーネントの内部発熱を抑えたまま共振モードで継続的に使用できます。
応用事例
特に高出力音響アプリケーションは、硬質の圧電材料の特性の恩恵を受けます。応用分野の例としては、超音波洗浄(通常はkHz台の周波数)、材料加工(超音波溶接、超音波接合、超音波ドリルなど)、超音波処理機(液状媒質の分散など)、医療用センサー(超音波歯石除去、手術器械など)、ソナー技術などがあります。
材料特性と分類
| PIC181 | |
|---|---|
| 材料 | チタン酸ジルコン酸鉛の改造 |
| 特性 | 非常に高い機械的品質係数、良好な温度、およびその誘電定数と弾性定数の時間安定性 |
| 適合用途... | 高出力音響アプリケーション、共振モード超音波アプリケーション |
| Classification in accordance with EN 50324-1 | 100 |
| MIL-Standard DOD-STD-1376A | I |
| PIC184 | |
|---|---|
| 材料 | チタン酸ジルコン酸鉛の改造 |
| 特性 | 大きな電気機械結合係数、適度に高い品質係数、優れた機械的および電気的安定性 |
| 適合用途... | 高出力超音波アプリケーション、水音響、ソナー技術 |
| Classification in accordance with EN 50324-1 | 100 |
| MIL-Standard DOD-STD-1376A | I |
| PIC144 | |
|---|---|
| 材料 | チタン酸ジルコン酸鉛の改造 |
| 特性 | 大きな電気機械結合係数、適度に高い品質係数 |
| 適合用途... | 高出力超音波アプリケーション、水音響、ソナー技術 |
| Classification in accordance with EN 50324-1 | 100 |
| MIL-Standard DOD-STD-1376A | I |
| PIC241 | |
|---|---|
| 材料 | チタン酸ジルコン酸鉛の改造 |
| 特性 | 高い機械的品質係数、PIC181より高い誘電率 |
| 適合用途... | 高出力音響アプリケーション、圧電モータードライブ |
| Classification in accordance with EN 50324-1 | 100 |
| MIL-Standard DOD-STD-1376A | I |
| PIC300 | |
|---|---|
| 材料 | チタン酸ジルコン酸鉛の改造 |
| 特性 | 非常に高いキュリー温度 |
| 適合用途... | 250℃までの温度で使用します（簡単には300℃まで） |
| Classification in accordance with EN 50324-1 | 100 |
| MIL-Standard DOD-STD-1376A | I |
無鉛圧電材料
PI セラミックでは研究所で製造された鉛フリーのピエゾセラミックを提供しています。材料はチタン酸ビスマスナトリウム (BNT) をベースとしており、チタン酸バリウム材料と非常に似た特性が見られます。これらの材料は、MHz程度の超音波トランスデューサだけでなく、ソナーやハイドロフォン用途にも適しています。
| Application | BNT Materials | KNN Materials | |||
|---|---|---|---|---|---|
| PIC700 | PIC701 | PIC753 | PIC758 | ||
| Medical Technology | Nebulizers | xx | |||
| Sonication & Lysis | xx | ||||
| Mixing & Dispersion | xx | ||||
| Therapeutic & Surgical Utrasound | x | ||||
| Air Bubble Detection | xx | x | |||
| Flow Metering | xx | x | |||
| Industrial Applications | Material Processing | x | |||
| Flow Metering | xx | x | |||
| Hydro Acoustics | x | x | |||
| Level Sensors | x | ||||
| Ultrasonic Cleaning | x | ||||
| Non-Destructive Testing | x | x | |||
| Ultrasonic Sensors | x | ||||
| Ultrasonic Motors | x | ||||
Bismuth Sodium Titanate (BNT)
BNT materials are particularly well suited for thickness oscillation applications and perform well in the field of air bubble detection and flow sensor technology. For applications that utilize planar vibration, however, BNT materials are not suitable. The PI Ceramic BNT materials feature a high depolarization temperature. Therefore, unlike many other materials on the market, they can be processed by low-melting soldering or with thermosetting adhesives.
Potassium Sodium Niobate (KNN)
KNN components can also be easily soldered and bonded, but also have good planar properties compared to BNT components. They can therefore be used as an alternative to PZT components in air ultrasonic sensors, power ultrasonic transducers, nebulizer units, multilayer actuators, and ultrasonic motors.
For the manufacturing of piezo components, PI Ceramic uses only materials that have a better >> environmental footprint than PZT. PI Ceramic works with its customers to develop suitable components using lead-free materials.
PZTセラミックPIC255を例にした熱特性
PZTセラミックPIC255を例にした熱特性
熱ひずみは、分極方向とこの方向に垂直な向きでは異なる挙動を示します。 分極していないピエゾセラミック素子は等方的です。伸長係数はほぼ線形的であり、温度係数は約2 × 10-6/ Kとなります。 分極したPZT体の分域の優先配向により、熱膨張の挙動が異なる原因である異方性が生じます。 用途では、連続した温度変化の影響を考慮に入れる必要があります。曲線上の大きな変化は、特に最初の温度サイクルで生じる可能性があります。 材料によっては、実際の曲線が右記の曲線から大きくずれることがあります。
| 材料 | PIセラミック社 | A社 | B社 | C社 | D社 | E社 | F社 | G社 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Soft-PZT | PIC151 | Sonox P51 | 5600 | PZT5Jシリーズ | NCE56 | K500 | ||
| Soft-PZT | PIC152 | Sonox P502 | NCE53 | PZ23 | ||||
| Soft-PZT | PIC153 | 855 | Sonox P53 | 5700 | PZT5H1, PZT5H2 | NCE55 | PZ29 | K550 |
| Soft-PZT | PIC155 | |||||||
| Soft-PZT | PIC254 | Sonox P504 | ||||||
| Soft-PZT | PIC255 | 850 | Sonox P5 | 5500 | PZT5Aシリーズ | NCE51, NCE51f | PZ27, P188 | K350 |
| Hard-PZT | PIC144 | 840 | Sonox P4 | 5400 | PZT400 | NCE40, NCE41 | PZ26, P762 | K270 |
| Hard-PZT | PIC181 | 880 | Sonox P8, P88 | 5800 | PZT800シリーズ | NCE80, NCE81 | PZ28, P189 | K278 |
| Hard-PZT | PIC184 | 840 | Sonox P4 | 5400 | PZT400シリーズ | NCE40 | PZ26, P762 | K270 |
| Hard-PZT | PIC300 | Sonox P6 |
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Lead-Free Piezoceramic Materials
PI Ceramic RoHS Statement
Restriction of the use of certain hazardous substances in electrical and electronic equipment – RoHS 2011 / 65 / EU
PI Piezoelectric Ceramic Products
Fundamentals, Characteristics and Applications
Piezoelectric Actuators
Components, Technologies, Operation
PI Ceramic REACH Regulation
Customer Information in Accordance with Article 33 (1) of the REACH Regulation