圧電材料

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

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。

材料特性と分類



PIC151PICA 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 50324-1600
MIL-Standard DOD-STD-1376AII

PIC255PICA 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 50324-1200
MIL-Standard DOD-STD-1376AII
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 50324-1200
MIL-Standard DOD-STD-1376AII

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 50324-1600
MIL-Standard DOD-STD-1376AVI

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 50324-1200
MIL-Standard DOD-STD-1376AII

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 50324-1100
MIL-Standard DOD-STD-1376AI

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 50324-1100
MIL-Standard DOD-STD-1376AI

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 50324-1100
MIL-Standard DOD-STD-1376AI

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 50324-1100
MIL-Standard DOD-STD-1376AI

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 50324-1100
MIL-Standard DOD-STD-1376AI

無鉛圧電材料

 

鉛フリーの圧電材料の産業利用に向けた最初のステップ

研究室で製造したPIC700/701素材により、PIセラミックは史上初となる無鉛圧電材料を市場に提供します。どちらの素材もチタン酸ビスマスナトリウム(BNT)であり、チタン酸バリウム材料と非常に近い性質を有しています。これらは、MHz台の超音波トランスデューサーや、ソナーおよび水中聴音器用途に適しています。

PIC700 
材料変性チタン酸ビスマスナトリウム 
特性                                            最大動作温度200℃、従来のPZT材料に比べ密度が低く厚さ方向の振動の結合係数が高く、誘電率および圧電結合係数が小さい。 
適合用途...超音波トランスデューサ>1MHz 
PIC701 
材料改質チタン酸ビスマスナトリウム 
特性                                                                                                                                                               最大動作温度200 °C、従来のPZT材料に比べ密度が低く、厚さ方向の振動の結合係数が高く、誘電率および圧電結合係数が小さい 
適した用途>1 MHz超の超音波トランスデューサー 

変性チタン酸バリウム鉛

チタン酸バリウム鉛は、キュリー温度が最大150℃であるため、主にソナー技術や一部の治療用超音波医療用途で使用されています。工業的に製造された最初の圧電セラミックの1つとして、現在、変性チタン酸バリウム鉛は、古い製品を維持するために使用しています。PIセラミックは、要求に応じてチタン酸バリウム鉛を製造しています。


材料データ

データシート

Material Data

ドキュメントの言語

各係数の温度依存性

静電容量Cの温度曲線

縦方向振動の共振周波数fsの温度曲線

横振動の結合係数k31の温度曲線

圧電電荷係数d31の温度曲線

固有の特性

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-PZTPIC151Sonox P515600PZT5JシリーズNCE56K500
Soft-PZTPIC152Sonox P502NCE53PZ23
Soft-PZTPIC153855Sonox P535700PZT5H1, PZT5H2NCE55PZ29K550
Soft-PZTPIC155
Soft-PZTPIC254Sonox P504
Soft-PZTPIC255850Sonox P55500PZT5AシリーズNCE51, NCE51fPZ27, P188K350
Hard-PZTPIC144840Sonox P45400PZT400NCE40, NCE41PZ26, P762K270
Hard-PZTPIC181880Sonox P8, P885800PZT800シリーズNCE80, NCE81PZ28, P189K278
Hard-PZTPIC184840Sonox P45400PZT400シリーズNCE40PZ26, P762K270
Hard-PZTPIC300Sonox P6



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Piezoelectric Actuators

Components, Technologies, Operation
日付 / バージョン
CAT128 R2
日付 / バージョン
CAT128 R2
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PI Piezoelectric Ceramic Products

Fundamentals, Characteristics and Applications
日付 / バージョン
CAT125
日付 / バージョン
CAT125
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Customer Information in Accordance with Article 33 (1) of the REACH Regulation
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