Cerámicas con óxido - Piezocerámica

La Cerámica como Transductor Electromecánico

La piezocerámica se usa para convertir los parámetros mecánicos, tales como la presión y la aceleración, en parámetros eléctricos o, inversamente, para convertir las señales eléctricas en movimiento o vibraciones mecánicas.

Los materiales de piezocerámica se categorizan como cerámica funcional. En los sensores estos materiales hacen posible la conversión de fuerzas, presiones y aceleraciones en señales eléctricas, y en el caso de los transductores y actuadores sónicos y ultrasónicos dichos materiales convierten los voltajes eléctricos en vibraciones o deformaciones. Asimismo, los materiales piezocerámicos se clasifican, por un lado, según su composición química y, por el otro, según las condiciones de aplicación específicas. CeramTec distingue entre las siguientes categorías de material:

  • Materiales para transductores de energía (aplicaciones ultrasónicas)
  • Materiales para sensores (transmisores y receptores ultrasónicos)
  • Materiales para actuadores (posicionamiento de precisión o sistemas de inyección)
  • Materiales para aplicaciones especiales

El contacto de la piezocerámica metalizada puede hacerse usando adhesivos o cauchos conductores, contactos de muelle o mediante soldadura.

Vale la pena saber:

Selección de propiedades de la piezocerámica

  Transductores de energía Sensores Actuadores
Permisividad relativa ε33 τ/ε0 1,000 – 1,300 1,500 – 1,850 1,800 – 3,800
Factor de pérdida tan δ 2x10-3
3x10-3
12x10-3
20x10-3
15x10-3
16x10-3
Constante de frecuencia: NP,
KHz⋅mm
2,210 – 2,280 2,020 – 2,050 1,960 – 2,010
Factor de acoplamiento kP 0.55 – 0.57 0.59 – 0.62 0.65
Constante de carga: d33,
10-12 C/N
240 – 310 390 – 450 475 – 680
Constante de voltaje: g33,
10-3 Vm/N
26.9 – 27.1 26.9 – 33.1 20.2 – 28.5
Observancia elástica: S11ε,
10-12 m2/N
11.4 – 14.9 16.3 – 18.5 15.8 – 17.9
Rigidez elástica: C33D,
1010N/m2
15.9 – 16.2 14.5 – 15.8 14.7 – 15.2
Densidad g/cm2 7.65 – 7.70 7.65 – 7.80 7.70 – 7.83
Calidad Qm 500 – 1,000 60 – 90 75 – 80
Índice de obsolescencia: Cε, % -4.5 to -3.0 -2.3 to -0.3 - 1.6 to -0.8

La piezocerámica tiene una amplia gama de usos. Se usa, por ejemplo, en diversas aplicaciones de la industria automovilística tales como en los sensores de nivel de aceite y de detonación o como activadores para un preciso control de los procesos de inyección en los motores. En el ámbito de la tecnología médica, los componentes piezocerámicos pueden hallarse por ejemplo en litotriptos, aparatos para extracción de placas, y en inhaladores. Las aplicaciones comunes de la ingeniería mecánica incluyen la limpieza y soldadura ultrasónicas, y la amortiguación de vibraciones activa. Los fonocaptores de los instrumentos musicales o los deflagradores de gas piezoeléctricos son algunos ejemplos del uso de la tecnología piezoeléctrica en aplicaciones comunes.